Download - Mantenimiento de Maquinas Electricas(2)
Mantenimiento de máquinaseléctricas
{I\ '
Introducción al taller demáquinas eléctricas
1,1, Introducción , ,1.2. Mantenimiento .1.3. Equipomiento .1.4. Entrenodor poro ensayo de máquinas eléctricas .1.5. Máquinos, herramientas y elementos pora bobinar .1.6. Metrologío , .1.7. Closes deaislomientos .1.8. Normos deseguridad .
Conceptos básicos '" .Actividades .
Transformadores. Clasificación y constitución
2.1. Definición y función de los transformadores .2.2. Principio defuncionamiento delos transformadores .2.3. Tipos detransformadores. Clasificación .2.4. Construcción magnética delos transformadores .2.5. Transformador trifásico .2.6. Transformadores demedidas .2.7. Transformadores especiales .2.8. Transformadores depotencia .2.9. Transformadores depequeña potencia .
2.10. Autotransformadores .2.11. Simbología delos transformadores .
Conceptos básicos .Actividades ..
:;j
Transformadores monofásicos de pequeña potencia
3.1. Sistema deunidades de medida .3.2. Proceso decálculo teórico deun transformador. .3.3. Cálculo deun transformador depequeña potencia
por ábacos .3.4. Normas deseguridad en eltaller .
Conceptos básicos '" .Abacos ' ..Actividades , .
Ensayo detransformadores
4.1. Transformador en vacío .4.2. Ensayo en vacío , .4.3. Transformador en cortocircuito .4.4. Ensayo en cortocircuito .
777
11121315212122
25252627303335353639404041
4545
5556575861
65687072
4.5. Rendimiento del transformador , .4.6. Refrigeración , , , .4.7. Medida detemperatura, , .. , .4.8. Medida deaislamiento , .4.9. Medida de rigidez dieléctrica , .
4. 10. Acopla,m.iento en paralelo detransformadoresmonokisicos , , , . , , .
4. 11. Normas deseguridad en el taller deensayos .Conceptos básicos .. , .Actividades , .
Bobinados de máquinas de corriente continua
5.1. Introducción a las máquinas decorriente continua (Ce).5.2. Análisis del circuito inductor delas máquinas
de corriente continua .5.3. Excitación de las máquinas decorriente continua .5.4. Análisis del circuito inducido de una máquina
decorriente continua .5.5. Elementos relativos a los bobinados del rotor .5.6. Condiciones del bobinado inducido .5.7. Clasificación y características de los bobinados
imbricados simples .5.8. Aplicación de los bobinados múltiples. Caracteristicas ..5.9. Análisis del proceso decálculo de un bobinado
imbricado .5.10. Diseño de un bobinado imbricado simple .5.11. Clasificación y características de los bobinados
ondulados serie .5.12. Bobinados ondulados múltipl~s o serie-paralelas .. ' .5.13. Proceso de cálculo de un bobinado ondulado en sene..5.14. Diseño del esquema de un bobinado en serie .
Conceptos básicos .Actividades .
Mantenimiento de máquinas decorriente continua
6.1. Programas de mantenimiento preventivo de máquinasdecorriente continua .
6.2. Procesos y elementos del mantenimiento preventivo .6.3. Análisis secuencial del mantenimiento preventivo .6.4. Pruebas para la localización deaverías.
Sistemas de reparación , ..6.5. Procedimiento para la reposición del bobinado inducido6.6. Normas de seguridad en el mantenimiento demóquinas
Conceptos bósicos , .Actividades .
7373747575
76767677
81
8184
868788
9092
9293
96989899
102103
107107111
113119124124125
\J-rJklnd 7 8.11. Diferencias entre las babinados excéntricos
Ensayo demáquinas de corriente continua y los concéntricos ..................... 1748.12. Bobinados excéntricos enteros y fraccianadas. 174
7.l. Generadores dece. Tipos yclasificación 8.13. cálculo de los bobinados imbricados de una capa .... 175por su excitación............................. 129 8.14. Es~uema de un bobinado imbricado deuna capa ..... 177
7.2. Generador deexcitación independiente ............ 129 8.15. Cáculo de los bobinados imbricadas dedos capas .... 1777.3. Generador autoexcitado ....................... 130 8.16. Esquema de un bobinado imbricado dedos capas .... 1787.4. Curvas decaracterísticas del generador deCC ....... 133 817. Bobinados dedos velocidades. Conexión Dahlander ... 1797.5. Interpretación de las curvas decaracterísticas 8.18. Cálculo de los bobinados imbricados dedos velocidades 180
del generador deexcitación independiente .......... 134 8.19. Esquema de un bobinado imbricado dedos velocidades 1817.6. Curvas decaracterísticas del generador autoexcitado .. 136 8.20. Características diferenciadoras de los bobinados7.7. Curvas decaracterísticas del generador compund ..... 138 excéntricos fraccionarios ....................... 1837.8. Características fundamentales del motor deCC ....... 139 Co~cJtos básicos ................................. 1837.9. El motor de corriente continua en servicio ........... 140 Achvl ades ...................................... 184
7.10. Características generales aplicadasen los motores deCC ......................... 140 )
7.11. Componentes necesarios para el ensayo de lamáquina. 144 Mantenimiento de máquinas decorriente alterna7.12. Ensayo deaislamiento ......................... 145 9.1. Mantenimiento preventivo para máquinas7.13. Medición de temperaturas defuncionamiento ........ 145 de corriente alterna ........................... 1877.14. Ensayo en los generadores dece ................ 146 9.2. Elementos que intervienen en el mantenimiento7.15. Ensayo de las características de regulación .......... 148 preventivo.................................. 1877.16. Ensayo delas características exterior e interior ....... 149 9.3. Análisis secuencial del mantenimiento preventivo...... 1917.17. Determinación del rendimiento................... 149 9.4. Localización y sistemas de reparación ............. 1937.18. Planificación de los ensayos demotores deCC ....... 150 9.5. Reposición total del bobinado estatórico ............ 1987.19. Normas deseguridad en los ensayos 9.6. Cambio de tensión de un motor decorriente alterna ... 206
de máquinas deCC .......................... 152 9.7. Normas de seguridad en operaciones demantenimiento 208Conceptos básicos ............ ; .................... 153 Conc1ctos básicos ................................. 208Actividades ....................... .............. . 154 Activi odes ...................................... 209
lJJ]u~j:C']d'il ji)
Bobinados eléctricos decorriente alterna Ensayo de máquinas decorriente alterna8. lo Introducción a las máquinas decorriente alterna (CA) .. 157 10.1. Pruebas defuncionamiento. Historial de un motor8.2. Clasificación de los motores asíncronos de CA .................................... 213
decorriente alterna ........................... 157 10.2. Adaptoción deun motor trifásico deCA8.3. Análisis de los bobinados deuna máquina a una red monofásica ......................... 221
decorriente alterna ........................... 158 10.3. Diferencias entre alternadores y J¡eneradores deCC ... 2228.4. Sistemas deconexión de los bobinados concéntricos 10.4. Características eléctricas deun a ternador .......... 223
trifásicos................................... 160 10.5. Motor síncrono: fundamento yaplicación ........... 2238.5. Proceso decálculo de los bobinados 10.6. Características de los motores asíncronos trifásicos .... 224
concéntricos de CA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 10.7. Arranque de los motores asíncronos ............... 2258.6. Determinación de los principios de las fases (YllO) ' •••• 164 10.8. Aplicaciones del motor monofásico ...<: ..•.••.••.. 2268.7. Proceso deelaboración del esquema 10.9. Normas de seguridad en ensayos de máquinas deCA . 228
deun motor trifásico .......................... 165 Conc1ctos básicos ................................. 2288.8. Realización del esquema de un bobinado concéntrico .. 167 Activi odes ...................................... 2298.9. Bobinados concéntricos enteros y fraccionados ....... 170
8.10. Esquema de un motor monofásico concéntrico........ 170 Anexo ....... " ............... '" ............... 232
( ~
Si partimos del principio de que toda máquina es susceptible de faflar, todo futuro Técnicoen Equipos e Instalaciones
Electrotécnicas debe conocer los aparatos, útiles y herra
mientas que va a utilizar a lo largo de su formación.
Enel campo del mantenimiento de las máquinas eléctricas,
la utilización de herramientas y útiles es más específica, por
lo que, a la hora de introducirnos en el taller, iremos cono
ciendo cada uno de estos elementos como porte esencial
para lo manipulación de las diferentes máquinas que vamos
a emplear.
En esta unidad, vamos a estudiar la necesidad del mantenimiento preventivo y elaboraremos un plan que servi
rá como base principal para el mantenimiento correctivo.
111 Manteni mientoLas máquinas eléctricas, por su construcción robusta y su
buen resultado en cuanto a funcionamiento y rendimiento,
se han considerado tradicionalmente instrumentos eficaces
y de bajo índice de averías (sobre todo aquellas máquinas
que, durante su funcionamiento, no tienen contacto eléctri
co entre sus elementos, como por ejemplo los motores con
rotor de jaula de ardilla).
Ahora bien, factores como el elevado número de horas de funcionamiento continuado de las máquinas, el dise
ño de máquinas de bajo costey las repercusionesque pue
de producir el hecho de que toda una planta industrial se
pare por averia en una de sus máquinas, hacen que la aten
ción al mantenimiento de éstas sea una necesidad. Para ello
se aplican unos criterios que analizaremos a continuación.
Los tipos de mantenimiento se pueden clasificar en función
de las características de funcionamiento, de los criterios em
pleados poro su mantenimiento, de su ejecución para pa
liar o solucionar posibles problemas, etc. Enel siguiente epí
grafe vamos a conocer los tipos de mantenimiento que
podemos aplicar con nuestros recursos en el taller.
...::.;11 A. Ti90¡ de mantenjmientoAunque existen diversos tipos de mantenimiento y no
descartamos la aplicación de cualquier otro, nosotros nos
centraremos en los que citamos a continuación: el mante-
nimiento correctivo, el mantenimiento preventivo y el mantenimiento planificado.
iV~al1lt:enim¡entocorrectivo
Es el que se realiza en el momento indicado para co
rregir y resolver las averías surgidas, ya sea por una ac
tuación derivada del mantenimiento preventivo, del mante
nimiento planificado o de la propia actuación inmediata
por necesidades perentorias.
Este tipo de mantenimiento es el que se emplea habitual
mente en las pequeñas y medianas empresas, aunque gra
dualmente se están imponiendo planes de mantenimiento
que demuestran a medio plazo una mayor eficacia en cuan
to a economía, rendimiento e imprevisiones.
;l¡~q;:¡il1I~eiJj¡m;·e!I"Jt'l:l ?r:S'v.ei'!~hfiO
Es aquel que se aplica para reducir la frecuencia deaverías y acortar el tiempo de parada por las mis
mos, es decir, surge de la necesidad de restringir parados
inesperadas en la producción. El mantenimiento preventi
vo, por su eficacia, requiere una actuación que en parte
está relacionada con otro tipo de mantenimiento y que hace
que su aplicación evite paradas innecesarias o que éstas se
limiten al tiempo necesario para la sustitución de la má
quina en cuestión.
MCi'ltenimiei1lto planificado
Surge la necesidad de efectuar revisiones planificadas de la
máquina. Para ello se establece un plan de actuaciónen el que existan unas operaciones que hay que efectuar
periódicamente para cada una de los elementos de cada
máquina, en función del tiempo de trabajo y del deterioro
que se produce en cada una de ellas. Para ello elaborare
mos un plan de mantenimiento en el que ;e establezca como
actuación de control la frecuencia de inspección.
Para un buen control de las inspecciones y de las repara
ciones efectuadas a cada máquina, es conveniente diseñar
una ficha que incluya todos los elementos que se han de
inspeccionar y el tiempo empleado para su comprobacián,
sustitución o reparación si el momento y las circunstancias
lo requieren.
Elequipamiento del taller de máquinas eléctricas debe cons
tar de materiales, herramientas, aparatos de medidas y
Plazos de revisión
O Semanal
O Mensual
O Trimestral
O Anual
Identificación de la móquina '" ..
Característicasde la máquina '" .
Última revisión .
Persona que hizo la revisión '" .
Otros aspectos de la revisión .
CojinetesFecha
Escobillas AnillosObservaciones
Fi'J. 1.1. Ficha de un plan de mantenimienta de un motor de inducción.
máquinas mínimas para poder realizar los trabajos necesarios para la detección de averías, reparación y ensayo o
prueba de la máquina para su funcionamiento habitual. Porello vamos a recordar algunas herramientas conocidas en
el taller y otras que son especllicos del mantenimiento.
~I t IImamiento\ de IDun3
Como sabemos, las herramientas de mano no deben faltar
en el taller; para ello debemos tener, en lugares accesiblesdel mismo, suficientes armarios de panoplia equipados conlas herramientas básicas de uso común, además de herra
mientas y accesorios de uso específico para un taller demantenimiento de máquinas eléctricas.
El equipo mínimo de herramientas de mano estará compuesto por:
• Armario mural de panoplia.
• Jueg? de destornilladores planos.
• Juego de destornilladores Phi/ips.
• Juego de destornilladores Stecker.
• Alicate de boca plana, de boca redonda y universal.
• Juego de llaves fijas.
• Juego de llaves Al/en.
• Alicate de punta aguja larga.
• Alicate pelacables.
• Tijeras de electricista.
• Soldador eléctrico.
• Detector de tensión (buscapolos).
;",JJ«::aile i.:IU1I¡'1er5~q
Una de las herramientas más utilizadas son los alicates uni
versales. Se emplean para sujetar, doblar, cortar, etc. Esunade las herramientas más útilestanto para instalaciones como
para reparación de máquinas eléctricas.
Fig. 1.2. Alicateuniversal (cortesía de 5TAHLWILLE).
lJeJ"JSS
Las llaves son herramientas muy utilizadas en el rnonto]e ydesmontaje de máquinas. Según su utilización, presentandiferentes formas y aplicaciones. La principal función de las
llaves es apretar y aflojar las tuercas de los tornillos que
unen las diferentes partes de una máquina eléctrica. Por su
aplicación, función, etc., las hay de diferentes tipos. Las más
usuales son:
La llave de tubo se utiliza cuando la llave fija no pue
de maniobrar debido al poco espacio. Por su forma pue
de operar en espacios cilíndricos abiertos.
Orificio poro el pasador . f .Boca superior \ Boca In enor
Cuerpo hexagonal \ \\ \ \
L/ove de lubode dos bocas.
~I
Es una herramienta que va colocada en el banco de trabajo
y cuya función es sujetar la pieza que vayamos a reparar.La paloma de giro desplaza un tornillo sinfín que aprieta la
mordaza móvil, hasta sujetar la pieza por presión.
En determinadas ocasiones, disponer de un juego de llavesde carraca soluciona satisfactoriamente y con rapidez cier
tas tareas, como, por ejemplo, la operación de desmontaje
y montaje de la carcasa de un motor.
¡'iS. i Tornillo de banco (cortesía de Imporhesur).
Tornillo sinfínMordaza móvil
[)Taladro poro colocar
en armario
Mordaza fijo
• Llaves Bias dobles.
• Llaves ajustables.
• Llaves de tubo.
• Llaves acodadas.
Las llaves fijas están construidas para que sólo se puedan
utilizaren una única medida para tuercas; generalmente sonde dos bocas, una por cada lado, con una cifra indicativa
para la medida. El material con el que están construidas es
acero al cromo-vanadio, material muy resistente, y sus me
didas en las bocas están normalizadas en milímetros.
La llave ajustable consta de un mango en cuya cabeza está colocada una mordaza fija y otra móvil cuya aperturaestá limitada y se ajusta a la medida que queramos dentro
de las posibilidades de apertura de Jos mordazas. La mordaza móvil se desplaza mediante el tornillo sinfín, ajus
te en el que hay que evitar que haya holguras para noredondear las tuercas.
1.'1. L/ove ajuslable. h]. l.". L/ove de carraco (cortesía de STAHLWILLE).
Fig. 1.8. Kit de herramientas (cortesía de impomesur).
i'J!.rachos de roscar
El roscado interior es una operación que en el taller demáquinas se emplea con más frecuencia de la deseable,ya que, en muchos casos y en máquinas muy deterioradas,hay que realizar roscados en cogidas de tornillos rotos ocortar los tornillos oxidados para efectuar un nuevo roscado. Viene bien recordar esta operación del curso anterior,al menos en lo que a útiles se refiere.
Fig. 1.90. Bandeador de roscado.
Fig. l.9b. Juegode machos de roscar.
Taladro de diámetro inferiorque se debe fijar según las labias de roscado
Fig. l. 9c. Formas correcta e incorrecta de roscar.
., L ¡quipo de inltrumentalión para medidaselél¡ ri (Q\
El equipo está compuesto por:
• Amperímetro portátil para medidas en corriente continua.
• Amperímetro portátil para medidas en corriente alterna.
• Voltímetro portátil para medidas en corriente continua.
• Vatímetro portátil 1.
• Vatímetro portátil 111.
• Óhmetro portátil para medidas en corriente continua.
• Fasímetro monofásico portátil.
• Tacómetro digital.
• Medidor digital de aislamiento.
• Medidor de rigidez dieléctrica.
]
Digital
~oo1TnuhJ~@r:m nugID112 ¡~i~:il @¡j] ¡! ~ 2!I~í! ir! [O ~
Analógica
Es un tipode amperímetro muy utilizadoen la detección deaverías de máquinaseléctricas. Su funcionamiento está basado en el transformador de intensidad, que estudiaremosen la Unidad 2.
• Amperímetro de hierro móvil de 2-4 A.
• Vatímetros electrodinámicos.
Dispone de un núcleo magnético de forma circularque sepuede abrir por medio de un resorte, de manera que, cuando pasa intensidad por el conductor, éste se puede alojaren su interior sin tener que interrumpir el circuito.
Fig. 1.11. Pinza amperimétrir;a (cortesia de Imparhesur).
• Frecuencímetro de lengüetas de 48 a 62 Hz.
• Fasímetro trifásico electrodinámico, escala 0,5-1-0,5.
Se trata de un banco para mediciones y máquinas eléctricas compuesto, al menos por los siguientes elementos:
• Voltímetro de hierro móvil.
• Polímetro analógico portátil.
• Polímetro digital portátil.
• Pinza amperimétrica digital.
• Termómetro digital.
• Indicador de fases (trifásica).
La diversidad de medidas del polímetro y la operatividadcon que obtiene los resultados hacen que su utilización seamuy necesaria, tantoen el tallercomo en la localización deaverías en la propia ubicación de la máquina.
Los polímetros digitoles, que están dotados incluso de unamemoria que les permite almacenar lecturas, están sustituyendo progresivamente a losanalógicos.
A la hora de trabajarcon ellos, la elección del polímetro analógico o digital depende de la característica de la medición.En algunos casos importa másla rápidezyelordende la magnitud (medición analógica), y en otroscasos se requiere másprecisión (medición digitol). En muchos casos, el polímetro,ademásde la señalización visual, puedeemitir unaseñal acústica para la comprobación de continuidad en los circuitos.
Fig. 1.10. Polimetro digital (cortesia de Imparhesur).
• Fasímetro monofásico electrodinámico, escala 0,4- 1-0,A.
• Miliamperímetro de hierro mávil 250-500 mA.
• Voltímetro de hierro móvil de 25 a 50 Y.
la singularidad de las herramientas de un tallerde bobinadoobliga, en algunos casos, a fobricar la herramienta necesariapara una reparación determinada o una operación específica.
• Amperímetro de hierro móvil de lOa 20 A.
• Voltímetro taquimétrico, escalas 1000/2000/4000 rpm.
• Generador/motor de CC con excitación separada/compuesta.
• Motor de corriente continua con excitación en serie.
) : :)
• Generador síncronotrifásico de inductor rotante de 2 polos.
• Motor asíncrono trifásico de jaula de 2 polos.
• Motor asíncrono trifásico de anillos rozantes de 2 polos.
• Motor asíncrono trifásico de jaula, de doble polaridad(Dahlander).
• Motor asíncrono monofásico con condensador de marcha de 2 polos.
• Motor universal de CC/CA.
• Transformador monofásico.
• Transformador trifásico.
• Reostatos para diferentes ensayos.
.2~] jl:rJJ :r1,e,en5\t'lY1)¿S
la necesidad de realizar el ensayo en las máquinas rotativas, hace imprescindible disponer de un banco de ensayos, tanto de corriente alterna como de corriente continua. En la Figura 1.12 podemos observar un banco deensayo de máquinas eléctricas.
ci,j. 1.12. Banco de ensayas de máquinas.
Existen varios tipos: bobinadora eléctrica, bobinadora manual, devanador estático, juego de moldes, comprobadordigital de inducidos, comprobador integral de motores eléctricos, taladradora portátil, taladro sensitivo, esmeriladoro, etc.
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las bobinadoras son útiles o máquinas de un taller de reparaciones; su utilización reduce bastante los tiempos dereparación o rebobinado. Tanto las bobinadoras eléctricascomo las manuales tienen su función específica.
ci8. 1.13. Bobinadora manual.
~It :'JiJdro Imldtii e¡é¡tri(oEs una herramienta que presenta múltiples aplicaciones enlos talleres de reparación. De hecho, no sólo se utiliza comotaladro, sino que tiene otras utilidades en función de las necesidades y de los accesorios utilizados.
";g. 1.14. Bobinadora automática (corlesia de Taller Electromecánico Piculi).
Suele ser de sobremesa o de columna. Se trata de una herramienta clásica en los talleres de mantenimiento de máquinas; tiene varias velocidades, por medio de varias poleas de diferentes tamaños. Se le denomina «sensitivo»debido a su manejo, puesto que la presión que se le da altaladro se va notando con respecto a la introducción en elmaterial taladrado. Así, el operario puede determinar lapresión que se debe ejercer.
Fig. 1.16. Ta/odro sensitivo (corlesio de Imporhesu~;).
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Las operaciones de medición consisten en la comparaciónde unos valores con otros con base en un valor conocidoque tomamos como unidad. En un taller de máquinas, lamedida más utilizada es la de longitud, pero no se descartan en ningún momento las medidas de superficie, las devolumen o las de ángulos.
Si queremos que una medida sea objetiva y muy precisa, es importante saber cómo se producen los errores de
'j
(010 pró¡ti¡o 1
Se han realizado cinco mediciones del diámetro de unrotor bobinado de una máquina. Los resultados de éstas han sido los siguientes:
-
.==='111t ~IIIII ~II t •• 'lll ~IIIIII t 111111'1 ~IIIIII t 111111
Pata superiordela reglo
Pata superiordel cursor
/ Tornillo de fijación del cursor
Divisiones del nonio; cada división una décima menosDiez divisiones ocupan nueve milímetros
Divisiones de la regla; cada división igual a 1 mm
I 'Pota inferiordel cursorPata inferiorde la regla
Fig. 1.17. Calibre o piede rey.
Por su aspecto podemos ver que mide interiores con las orejillas superiores; una de ellas, fija con la regla graduada, yotra, móvil con el nonio. Con las patas inferiores se realizan las medidas exteriores, y la varilla en la parte derechadel calibre realiza las medidas de profundidades.
=
Valor medio =
14,224 + 14,228 + 14,223 + 14,225 + 14,226
5
14,224 mm, 14,228 mm, 14,2230 mm, 14,225 mmy 14,226 mm.
Teniendo los valores de las mediciones, realizaremoslas siguientes operaciones:
a) Sumaremos los resultados de las cinco medidas.
b} Dividiremos la suma total entre cinco y nos dará elresultado del valor medio.
medición. Si realizamos varias veces una medición, obser
varemos que en cada una de ellas obtendremos unos valores muy parecidos cuando se trata de medidas muy pequeñas. Para obtener el valor medio de la medida que hemos
efectuado, sumaremos todos los valores y los dividiremospor el número de veces que hemos realizado las medidas,con lo que obtendremos el valor medio de la medida.
= 14,2252 mm Fig. 1.18. Medida del nonio.
Los aparatos de medidas que vamos a estudiar en esteapartado son los más usados en el taller de máquinas: elcalibre o «pie de rey» y el tornillo micrométrico o«pá lrnsr».
Cuando el calibre efectúa una medición, el cero del nonio indica la medida en milímetros exactos o no. El nonio es unareglilla dividida en diez partes, pero su longitud es de nuevemilímetros. La división del nonio que coincida con cualquiera de las divisiones de la regla graduada del calibre indicará las décimas; si el nonio está dividido en veinte partes, podrá medir hasta media décima o cinco centésimas.
• 1 A. (oliDre O pie de reyPor su fácil manejo y su precisión es el instrumento de medida más utilizado en el taller para medidas de precisión.Con él se pueden medir exteriores, interiores y profundidades que no superen la longitud de su regla graduada.
El calibre está compuesto fundamentalmente por una partefija, que corresponde a la regla graduada, y otra móvil,donde se encuentra el nonio o reglilla, que es lo que determina la medida en la regla graduada, como podemosver en la Figura 1.17.
g 1 B. Tornillo mjmmétrj!o opólm2rEs un aparato de medida de longitud con mayor precisiónaún que el calibre, pero más limitado en sus posibilidades.Su precisión es de centésimas de milímetros. El pálmer, aligual que el calibre, tiene una parte fija y otra móvil. Laspartes que lo componen son: regla graduada, tambor graduado, tope fijo, tope móvil y un tambor moleteado de precisión, que sirve para unir los topes y ajustarlos a la presióndel material que se está midiendo sin llegar a oprimirlo.
Fig. 1.19. Tornillo micrométrico o pálmer.
Tope fijo Tambor graduadoI
Divisiones de la regla en mm
I
--Divisiones del tambor graduadas35 en centésimas.
Medición efectuada: 7,84 mm
Su funcionamiento se baso en su tambor, graduado de Oo50 divisiones. Codovezque el tamborgiro unovuelto completo, los topes se desplazan 0,5 mm de longitud; por lotonto, elOdel tamborindico los milímetros enteroso los medios milímetros, segúncoincido el Odel tambor.
Si el tambor coincide con uno división de arribo, indicarálos milímetros enteros, y con uno división de abajo indicará medios milímetros.
Si la medido realizado superara lo división de los milímetros en lo reglo, como indico lo Figuro 1.200, y coincidecon cualquiera de losdivisiones del tambor, el valor de lomedido corresponderá a los milímetros de lo reglo más losdivisiones correspondientes del tambor graduado; en estecoso, 7 mm y 25 centésimos de mm.
Si el tambor supera lo división de medio milímetro, el valorde lo medido corresponderá o los milímetros indicados másel medio milímetro que superoel tamborgraduado, más losdivisiones correspondientes 01 tambor que sobrepasenel medio milímetro (es decir, 7 mm más0,5 mm más 34 portesdeltambor, por loque obtendríamos definitivamente 7 mm más0,50 mm más 34 centésimos de milímetro: 7,84 mm). En loFiguro 1.20b se puedeapreciar lo medido expuesto.
Divisiones de la regla en mm
-- Divisiones del tambor graduadasen centésimas.
Medición efectuada: 7,25 mm
Divisiones de la regla en medios mm(5 décimas)
Fig. 1200. Medidadel tornillo micrométrico o pálmer.
Divisiones de la regla en medios mm (0,5 mm)
Fig. 1.20b. Medidodel tornillo micrométrico a pálmer.
• Haus d~ aislo miniosLo calidad de los aislantes garantizo lo fiabilidad de losmáquinas.
Los materiales aislantes que se utilizan en losmáquinas eléctricos y equipos electrotécnicos se clasifican según lo temperatura máximo de funcionamiento; superado esto temperatura, el aislamiento va perdiendo sus cualidadesdieléctricos e inicio un deterioro progresivo.
Codo clase de aislamiento se identifico con uno letra mayúsculo, como se indico en la Tabla 1.1.
Tabla 1.1. Temperatura máximapara cada clasede aislantes.
Los materiales con clase de aislante, según lo Tabla 1.1, sehan clasificado en unos límites de temperatura que permitirán uno vida razonablemente largo poro una máquinaeléctrico. Lo vida del aislamiento de uno máquina tambiéndepende de los condiciones medioambientales, de los ciclos de funcionamiento, de los condiciones de trabajo (vi-braciones) y del mantenimiento. ~"~
Como complemento o lo Tabla 1.1, se exponen los tempe-raturas máximas admisibles según losclasesde aislamiento,suponiendo uno temperatura ambiente de 40 "C, tal comose indico en lo Tabla 1.2.
y (90 -o 40 45 85 90
A (105 oC) 40 60 100 105
E (120°C) 40 75 115 120
B (130°C) 40 80 120 130
F (155 oC) 40 100 140 155
H (180 oC) 40 125 165 180
e (>180 oC) 40
i;b!~'; .'2. Temperatura admisible según la clasede aislamiento.
Tublo 1.3 Características del cobrea la temperatura admisible en lasdiferentes clases de aislamientos.
La Tabla 1.3 indica los valores de las característicos del cobre o lo temperatura admitido por los distintos clases demateriales aislantes.
Poro interpretar los esquemas y montajes que se realizanen las máquinas e instalaciones eléctricos, es necesariauno simbología que nos permito comprender todos y codo
uno de los elementos del montaje que vayamos o llevar ocabo.
En este sentido, debido o lo importancia que tiene lo simbología en los representaciones esquemáticos, los organis
mos internacionales competentes trabajan en lo elaboración de un cuerpo de normas de simbología unificado quefacilite el entendimiento entre los profesionales del sector.
Por este motivo, incluimos en esto Unidad un espacio dedicado o mostrar gráficamente la simbología normalizadomás utilizada en el ámbito internacional (Tablas 1.4, 1.5,
1.6, 1.7 y 1.8).
I
E-~
1 02 I 11
I;¡'~ •• l
1 o 3 1,I\Ii1-'14.,.- - -1
¿t-~
bJv~
/
Relé con un devanadoactivo
Manda con pulsador
Conmutador con dos posiciones y cera, con retomoa cero al cesar la fuerzade accionamiento (NA)
Interruptor manual (auxiliar de mando)
Conmutador con dos posiciones y cero, con enclavamiento en las dos posiciones
Contancto con enclavamiento rotativo, accionamiento manual
Relé con dos devanadosactivos en el mismosentido
Relé o disparador de medida con indicación de lomagnitud medida; porejemplo, minima tensión
Retraso paro sistemas deaccionamiento electromecánicos; retraso magnético a la caída
Tabla 1.4. Simbología de aparatos de maniobra segúndistintas normas.
Simbología normalizada
11
~wm
~ L......,J L......,J w.JL.......J ~ r"'1 r"'1 o (fflI
11
~ L......,J ~o~- r"'1r"'1,...-0\ r"'1
Máquinas
Motor trifásico con rotor
~ @) ~de anillos rozantes
Motor trifásico con rotor
® ©) @de jaula
m
Transformador con dosdevanados separados
Autotransformador
Transformador con tresdevanados separados
Bobina
Transformador deintensidad
Tabla 1.S. Simbología de máquinas eléctricas de CA y transformadores segúndistintas normas.
rEn las tablas de simbología normalizada se incluyen re-
presentaciones de la norma de la Comisión Electrotécni
ca Internacional (lEC), de la norma española (UNE), de
las normas alemanas para la industria (DIN), de la nor-
ma inglesa (BS) y del Instituto de Normalización estadou
nidense (ANSI).
El signo «=» indica que, en ese caso, el símbolo corres
pondiente es igual al que aparece a su izquierda.
Simbología normalizada
Retraso o lo conexión~
~magnéticoMuy retardado
... __.._---~_..-
Retraso o lo conexión y a~ ~la desconexión magnétoco
Relé polarizado ~ c;::m ~'0cp
Relé de remanencia O o=;::JP
t A+
A
+r- II
Lado de red
WO ~ ~ ój ó~ó~I
Seccionadorfusible ..i. ..:.. .1 ~ ~ ~ ~ ~ ,~ ~ , I I I
tripolar \;><0~ ~~~ ~~'%> rll(lJ(l; ~~~
Barrera de seccionamiento A \ j \1"reversible Q i
Seccionadortripolar ~--~--~I 1 L 1 1 1 b b brr': ~..-¡._.-/ rrTó ó ó
~+,~;, ti (, 1..-----0'---';, ;"
Seccionadoren carga • • •tripolar ~'l"~ LLt:LJ JI"!
Tabla 1.6. Simbología de aparatos de maníobra segúndístíntas normas.
Simbologío normalizada
Instrumento de bobino móvil con imán permanente,en general
Medidorde cocientes de carrete móvil
Instrumento de iman móvil
Convertidor termoeléctrico, aislado- -,,' ""-"" ,.,..-, .--
Convertidor"termoeléctrico con instrumento de bobinomóvil
Rectificador
Rectificador con instrumento de bobino móvil
Instrumento estático
Símbolo indicador de pantalla electrostático
!Signo de lo tensiÓ-;' de pruebo (estrello de contorno!negro)I
--~-~-----~~-----~-~~-~-_.-._----~----------_.-
ast
i Posición de empleo vertical. .>. __ ~ •• • .~_. <~ < ". >~__~.•_._.L~ . ..~ ..•_.~.._~__
Instrumento de iman móvil medidor de cocientes
Instrumento electrodinámico, sin hierro
Instrumento de hierro móvil medidor de cocientes
Instrumento de hierro móvil
! Instrumento bimetálico
.i,T
··V..L
¡Instrumento electrostático n i Posición de empleo horizontal-~-_._-_._-,-_ ..,.-._",_._._-,,-... ,. __..... _-~.,,~--_.>--~._--,->~-~._.~-> ....__.~._,---"-- .._,~-,._._-+----_ ..__..-L .- ---------1'1 d ib " ¡ .... ¡Posición de empleo con un determinado ángulo de in' i,nstrumento e VI recten ! i6O" ¡ l' " ''-"'- ,c ¡naclon ..-~,._.~->-_._-_...-------_..,-~~ ....~.~._._._~,--~'---.-':Convertidor termoeléctrico, en general 'CJ 1.' Dispositivo de ajuste del cero• I.......... _ __..__ ·-·---..···-·..-··--- · ·- ..--'r
-
Tabla 1.7. Simbología de tipos de instrumentos en aparotos de medida.
Frecuencímetro
Sincronoscopio
Contador kW ' h
Contador kVAr . h
rublo 1.3. Simbología de aporotos de medido,
• Utilizar siempre, para cada tarea, las herramientas másadecuadas respetando las instrucciones del fabricante.
• Utilizar las herramientas sólo para las aplicaciones paralas que han sido diseñadas.
• Para la manipulación de las máquinas bajo tensión, deben utilizarse herramientas con mango aislante.
• Los alicates no deben utilizarse nunca para aHojar o apretar tuercas; se corre el riesgo de dañarlas o redondearlascomplicando en muchas ocasiones el desmontaje.
• Se deberá utilizar el destornillador adecuado a la cabeza que requiera del tornillo, así como emplear el tamañoadecuado y lo fuerza necesaria para evitar que se salgade la muesca del tornillo o que éste se descabece.
• No se debe utilizar nunca el destornillador para hacerpalanca.
• No utilizar el destornillador como cortafrío, ni el mangopara golpear.
• Las llaves fijas y las ajustables se emplean para apretar oaflojar tuercas. Su longitud está equilibrada para que lafuerza que se ejerza manualmente pueda ser soportada
. 1,,\ '~ "1'''1 ,; : I ':1 '! j J ,j,j i .
) e,. j ,11¡ t 1 1"
) 1 :' " I i
por la propia llave, por lo que nunca se debe utilizar ningún accesorio para aumentar la palanca si se quiere aplicar mayor fuerzo.
• Para el buen uso de las llavesajustables, la fuerza que seaplique deberá ser sobre la mandíbula fija.
• Ni las llaves fijas ni las ajustables se deben utilizar nunca para golpear ni hacer palanca con ellas.
• Protegerse los ojos de las posibles lascas al utilizar eltaladro.
________________~.._.IiI':----------------. ,Equipamiento: .cada u~~de los. m . ".c' herra-.· Manté'nimiéntopJcinificado; sorrrevisiones plani-
mientas, aparátos de medidas y ináquinascon los que se Rcadas de la m.!Íquina·, segú~ un plan .defctuaCión en el, , realizhn los trabajos neC~sa;'ios·par.ci la o. n de ave- que existen unas .instrucciones periódicas para cada uno, rías; reparación yensay¿o'prueba e,olas máquinas de sus componentes. Para su seguimiento se elabora un
para s'u funcionamiento habitual.' plan de manteni~i~nto, en el que se establece la actua-
Machós de ro~cár: son cilindros dé.adero alcarbo- ción de control y la frecuencia de inspección.
no o acero rápido que, ~Í1\~ parte exte;¡or, están Rle- Mantenimiento preventivo: es aquél que estó di-tea.dos en sentido longitudinal con tres o }=~atro ronu- rigido a reducir la frecuencia de las averías y acortar el
.rasque forman bs aristas de ~orte. , tiempo de parada de las máquinas. Es~ mantenimiento
'Man"ni~iento corréctivo:es el que s~ realiza surge de la necesidad de restringir interrupciones ines-
o para corregir y resolver lasaverías surgidas, ya sea por peradas de la producción.
una actuación derivada del mantenimiento preventivo, Tambor graduado: es el cilindro del tornillo micro-. delmantenimientoplaniRcódo o.de la propia ~ctuación métrico (pólmer}que lleva divisiones para leer las frac-inmediato por necesidades perentorias. cienes de vuelto.
Autoevaluación
1. Realiza un inventario de los aparatos de medidas de quedispones en el taller, y anota las escalas de cada uno.
2. Realiza el inventario de las herramientas específicas deque dispones en el taller.
3. Realiza el inventario de máquinas para ensayos, indicadas por el profesor.
4. Localiza en el taller un tornillo micrométrico y realiza lamedida del diámetro de varios hilos esmaltados.
Actividades de enseñanza - aprendizaje
5. Analiza los elementos de un taller de máquinas eléctricas.
• Objetivos:
- Familiarizarse con el puesto de trabajo en el tallerde máquinas.
- Identificar los nombres de las herramientas y losútiles que va a utilizar próximamente.
• Medios didácticos:
- Herramientas específicas del taller de máquinas.
- Aparatas de medidas.
- Máquinas para el ensayo.
- Máquinas para rebobinar.
- Hiloesmaltado.
- Cualquier otro elemento que no conociera en lasasignaturas o módulos del curso anterior.
• Procedimiento:
- Identificar los elementos que el profesor le vayaindicando a lo largo de cada una de las estanterías del taller.
• Contesta:
a) Realizael inventario de los útiles, herramientas y máquinas eléctricasde que dispones en el aula específica para mantenimientode máquinas eléctricas.
b) Describe la aplicación de cada útil y herramienta.
c) Explica cuáles han sido las dificultades para la realización de este ejercicio.
-------------
d) Indica los medios didácticos inventariados, en elaula específica de Mantenimiento de MáquinasEléctricas, que te eran desconocidos.
6. Realiza diferentes mediciones con polímetras.
• Objetivos:
- Identificar las diferentes mediciones que se puedenrealizar con el polímetro.
- Conocer las diferentes conexiones para la ejecución de las medidas a realizar.
- Interpretar las lecturas de las medidas y sus escalas.
• Medios didácticos:
- Polímetroanalógico.
- Polímetro digital.
• Procedimiento:
1.0 Medida de tensión en corriente continua.
2.° Medida de tensión en corriente alterna.
3.° Medida de resistencia.
4.° Medida de intensidad en corriente continua.
5.° Medida de intensidad en corriente alterna.
6.° Comprobación de transistores.
7.° Medida de temperatura.
• Contesta:
a) ¿Un polímetroes un instrumentode medida portátil?
b) Explica cómo conectarías un polímetro cuando ac
túa como amperímetro.
c) Explica cómo conectarías un polímetro cuando ac
túa como voltímetro.
d) ¿Qué debes comprobar cuando la aguja de unpolímetro tiende a desviarse al revés de una medición?
e) Realiza mediciones de las magnitudes con las quese pueda utilizar un polímetro digital.
f) Realiza las mediciones anteriores con un polímetroanalógico. Contrasta las mediciones indicando elpolímetro de mayor precisión.
7. Realiza diferentes medidas con el calibre opie de rey.
• Objetivos:
- Realizar mediciones exteriores.
- Realizar mediciones interiores.
- Realizar mediciones de profundidad.
• Medios didácticos:
- Calibreo pie de rey con 10 divisiones en el nonio.
- Calibreo pie de reycon 20 divisiones en el nonio.
• Procedimiento:
1.°Elegir objetos poro medir exteriores, interiores yprofundidades.
2.° Realizar tres mediciones exteriores, tres interioresy tres de profundidad.
3.°Anotar codo unode los mediciones.
4.° Calcularel valor medio de codo medición.
• Contesta:
al ¿Qué diferencias encuentrosentre lo utilización deun calibre de 10 divisiones y otro que tiene 20 divisiones en el nonio?
bl Enumera los portes de un calibre.
el Indico qué función tienecodo uno de lospartes delcalibre.
di ¿Qué precisión en fracciones de milímetro tiene elcalibre que has utilizado?
8. Realiza diferentes medidas con el tornillo micrométrico (pálmer).
• Objetivos:
- Familiarizarse conel tornillo micrométrico (pálmer).
- Identificar las partes de un tornillo micrométrico.
- Realizar medidosde precisión.
• Medios didácticos:
- Diferentes tipos de tornillo micrométrico con la regia, en la parte superior, graduada en milímetros.
- Diferentes tipos de tornillo micrométrico con la regia, en la parte inferior, graduada en milímetros.
• Procedimiento:
1.°Elegir tres diámetros diferentes de hilo esmaltado.
2.° Realizar losmediciones de losdiámetros de loshi- •los con esmalte.
3.° Realizarlas mediciones de los diámetrosde los hilos sin esmalte.
4.° Realizarcuatro mediciones por cada diámetro.
5.°Anotar losvalores obtenidos en los mediciones.
6.oCalculor el valor medio de cada diámetro, mediante los valores obtenidos en los distintasmediciones.
• Contesta:
al ¿Qué diferencio has encontrado en el tornillo micrométrico con los milímetros de la regla graduada en lo parte superior? ¿Y con los milímetros dela regla graduada en la porte inferior?
bl Enumera las partes del tornillo micrométrico.
cl Indico las funciones de cada uno de los portes deltornillo micrométrico. ;.
di ¿Qué precisión en fracción de milímetro tiene el tornillo micrométrico utilizado (décima, centésima, rr.ilésima de milímetro)?
) (tJ ¡J J J
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OIl r 1 r l 1 l' I \
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I\ I i, ! i I, J ) I "
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\i') ;
Transformadorelevador
20 kv
AOO kv
AOü V 230 V 230 V AOO V 230 V AOO V
U2
1,
Bobinadosecundario
/
I
/
---'-J
T
Línea de transporteen muy alta tensión (AOO kV)
[66 kv
'c
Transformadorreductor
T
Línea de 66 kVI
;. i Esquema de generación de energía. Transformación/elevación.Transporte. Transformaciónlreducción. Usuario.
Fig. 2.2. Dibujo del circuito magnético y de los circuitos eléctricos de untransformador de columnas.
El circuito que recibe la tensión que queremos transformarserá el circuito primario, mientras que el que proporcionala tensión ya transformada (elevadao reducida) será el circuitosecundario.
El transformador eléctrico es una máquina estáticaque transforma, elevando o reduciendo, los valores de latensión (U) Yde la intensidad (1) de entrada de una potencia dada (5), y devuelve en la salida unosvalores distintos.Todo ello ocurre sin que se modifique la frecuencia de lasmagnitudes aplicadas.
El transformador, al igual queeleva la tensión, también la reduce,y es, por tanto, unamáquina reversible. Porende,un mismo transformador puede ser elevadoro reductor.
La transformación tiene lugarsin ningún tipode movimientomecánico y casi sin pérdida de rendimiento: esto hace deltransformador una máquina de gran utilidad y rentabilidad.
Por su función, los transformadores pueden utilizarse entransporte de energía, en medidas eléctricas, en seguridad de instalaciones, en aparatos de medicina, en juguetes, etc.
Comopodemos observaren la Figura 2.1, el transporte,la distribución y los puntos de utilización de la energíasonsectores muy importantes, donde la aplicación del transformadores indispensable.
Los transformadores de gran potencia se emplean comoelemento para elevar altas tensiones y poder así transportar la energía eléctrica. La elevación de la tensión hace reducir la sección de los conductores, facilitando el transportey mejorando costes.
Un transformador, en su forma más sencilla, está constituido por un circuito magnético y dos circuitos eléctricos.
El circuito magnético está formado por chapas de material ferromagnético (generalmente, aleación de hierro-silicio), apiladas y aisladas entre ellas para reducir las corrientes inducidas, llamadas de Foucault, que estudiaremosmás adelante.
Sobreel núcleo magnético, se encuentran enrollados loscircuitos eléctricos primario y secundario, cada unocon un número determinado de espiras o vueltas.
Como se puede ver en la Figura 2.2, si se conecta la bobina primaria a una tensión de entrada (UI ) y la bobina secundaria a un receptor, la tensión de entrada produce en elbobinado primariouna corriente eléctrica (11) que, a suvez,inducirá un flujo magnético alterno (cI>I.
Este Rujo circula a través del circuito magnético y, al llegaral bobinado secundario, induce en éste otra tensión eléctrica alterna de diferente valor (U2) pero con la misma frecuencia. Como veremos, esta variación depende fundamentalmente del número de espirasde las bobinas (NI y NJ
Es importante puntualizar que un transformador sólo se puede utilizar en corriente alterna, porque su principio de funcionamiento se basa en los fenómenos de inducción y autoinducción electromagnética, y sólo hay inducción si existeuna variación de Rujo. En este caso, la variación de Rujo seobtiene por las características propias de la corriente alterna.
Fig. 2.3. Circulación de los Ruios magnético y de dispersión.
Enel dibujo de la Figura 2.3, es posible apreciar que el bobinado primario se encuentra conectado a la red eléctricaalterna (-), mientras que el secundario está conectado auna carga. Parte del Rujo magnético (<1» creado por la corriente de la bobina primaria se cierra a través del aire, esdecir, que se pierde parte del Rujo por la dispersión del mismo. Éste se denomina Rujo de dispersión (<1>dl - <1>,d.
Recuerda
El flujo magnético es el número total de líneas defuerza que existen en un circuito magnético y se represento por la letra griega «cIl», que se lee «fi», y su unidad es el weber (Wb).
Para entender su funcionamiento, es importante considerarque entre los valores del bobinado primario y los del bobinado secundario (y, por consiguiente, entre las tensiones ointensidades presentes en estos bobinados) hay una relación constante que se denomina relación de transformación (mi, por la cual:
Fórmula 2.1
En ella, VI y V2 son, respectivamente, las tensiones de entrada y de salida, y NI y N2 son, respectivamente, el número deespiras del primario y el número de espiras del secundario.
11··~ ·.~Irl'~ it r1m) ji)r1m 'md @]'~ §,
r~8 )11 jí 'm (¡r~~
Los transformadores se pueden clasificar por diferentesaspectos. En el Esquema 2.1 éstos se dividen en transformadores de potencia y transformadores demedidas.
Estos transformadores son los más utilizados en la industria, en transporte y distribución de energía, en puntos deutilización y abastecimiento de energía eléctrica a los nú
cleos urbanos, en máquinas, etc.
Este tipo de transformador se analizará más adelante, porser el que más emplearemos para el estudio de los materiales, cálculo, construcción y ensayo.
Los transformadores se pueden clasificar por diversos as
pectos:
Por su función. Elevador, estabilizador y reductor. Estostransformadores elevan o reducen la tensión que se le aplica en el bobinado primario.
Los transformadores estabilizadores no varían los valoresde la tensión, y se utilizan para estabilizar la tensión de salida con respecto a la de entrada, reduciendo los picos detensión que se puedan producir en los puntos de utilizaciónde la energía eléctrica.
Los centros de control informático y centros de telecomunicaciones son ejemplos de la utilidad de estos transformadores.
Por el número de fases. Monofásico, trifásico, tri-menofásico, tri-hexafásico y tri-dodecafásico. Seutilizan en lasdiferentes líneas de la red eléctrica y para cualquier número de fases.
Por el ambiente donde están ubicados. Interior, intemperie. Los de interior se encuentran en casetas de transformación, en cuadros eléctricos para máquinas, en aparatos de protección, etc.
Son de intemperie los de las centrales de transformación,los ubicados en postes metálicos, generalmente en zonasrurales y los de las subestaciones.
Por refrigerante. Seco y aceite. Los transformadores demediana y gran potencia se refrigeran por aceite, ademásde por un sistema de aletas de radiación.
¡-- Por su formo constructivo
De columna
Acorazado
Torcido o anular
ElevadorEstabilizadorReductor
, Monofásico1-·- Trifósico
----j
i--- Tri-MonofásicoL Tri-hexafósico
y tri-dodecafásico¡Interior
'~L Intemperie
Función
Ambiente
i
I\-_.- Número de fosesi
¡¡.- De potencio "-11 ¡I 'I rI i, I
-----1 I _ SecoI 1---- Refrigerante -JI I L... Aceite
I LI
Refrigeración ---r- Natural'- Forzado
I I Transformadores de intensidadL.. De medidos ----J
L Transformadores de tensión
,i
Transformadores .--1
I
!"-- Por su función
Esquema 2,1, Clasificación de las transformadores,
Por el tipo de refrigeración. Natural o forzada. Larefrigeración puede ser por circulación normal del aceiteo aire, o por circulación proporcionada por otro elementoexterior.
(outnH¡rj~ I~U~Hu di~ iutr on ~ 1or modore$
111' B. Tranllormodml d~ medidillSe clasifican por la magnitud eléctrica que vayan a medir.
Transformador de tensión. Generalmente se utilizapara reducir la tensión de la línea y poderla medir con voltímetros de pequeño tamaño y sin riesgo de accidentes.
Transformador de intensidad. Se utiliza para reducir altas intensidades y que así puedan ser medidas poraparatos de pequeño tamaño y escala.
Estos transformadores se estudiarán detenidamente másadelante.
Los transformadoresse pueden construircon diferentestiposde circuito magnético,en función de la aplicación que se lesvaya a dar.
Por su circuito magnético, éstos pueden ser de columnas,acorazados y toroidales.
:;..11 a. I'r31111HmUumí d? ¡il:ilillW
Los transformadores monofásicos están constituidospor dos columnas verticales de igual sección, como podemos ver en la Figura 2.4, unidas entre sí por dos culataso yugos horizontales que permiten el cierre del flujo magnético.
los transformadores trifásicos de columnas se componen de tres columnas, también verticales, y dos culatashorizontales, para permitir que el flujo magnético inducidoen las columnas se pueda cerrar a través de las culatas,como indica la Figura 2.5.
El flujo magnético que se induce en el bobinado recorre todoel circuito magnético; por lo tanto, deberá ser de igualsección en todo su recorrido, como podemos ver en la Figura 2.4 (núcleo magnético monofásico) y 2.5 (núcleo magnético trifásico). Por ello, el núcleo de un transformador decolumna monofásico constituye un circuito magnético serie.
los transformadores de columnas trifásicos se construyenpara grandes potencias; los monofásicos se construyen paraequipos de soldadura eléctrica en ambientes húmedos yequipos de mucha seguridad, como son los aparatos deelectromedicina que llevan transformadores de aislamiento, es decir, de bobinados separados.
la altura de estos transformadores es, en muchos casos,un inconveniente; por tanto, en espacios limitados de altura no se recomienda la utilización de este tipo de transformador.
la forma circular en que se montan los bobinados proporciona una buena resistencia mecánica a las vibracioneselectrodinámicas que se producen sobre todo a plena carga. Por otra parte, para una sección de núcleo dada, el círculo es el que menor perímetro tiene, por lo que optimizala longitud de los bobinados.
Columnas
Culatas
Fig. 2.4. Núcleo magnético ele un transformador monofásico de columnas.
Culatas
Fig. 2.5. Núcleo de un transformador de columnas trifásico.
.1 B. IrOllllormudom O(OrOZOdOI
Se caracterizan por tener dos columnas exteriores por lascuales se cierra el circuito magnético y una columna centraldonde se colocan los dos circuitos eléctricos.
la columna central deberá tener el doble de sección que lascolumnas exteriores, ya que los flujos que se distribuyen porla columnas laterales convergen en la columna central,como podemos ver en la Figura 2.6.
El núcleo de un transformador de columna constituye un circuito magnético en derivación.
Estostransformadores se utilizan para pequeñas potencias,en cuadros eléctricos, en aparatos con circuitos electrónicos, en máquinas herramientas, en aparatos de televi
sión, etc.
o aa2 2........- • ---<1>
<1><1>- -
2 2
fig. 2.6. Núcleo magnético de un transformador monofásico acorazado.
En los montajes de los núcleos magnéticos, tanto de lostransformadores de columnas como de los acorazados, launión entre las columnas y las culatas se puede realizar por
dos procedimientos:
al Por junta lisa, en la que la unión entre las columnas ylas culatas se hace simplemente por contacto. Se sueleutilizar en transformadores de gran potencia.
b) Por junta ensamblada, en la que la unión entre lascolumnas y las culatas se realiza por ensamble. Es elprocedimiento más utilizado en los transformadores depequeña y mediana potencia.
Núcleo Núcleo con los bobinados montodos
a
Unión por contado
b
Unión por ensamble
Fig. 2.8. Núcleo de un tronsFormador toroidal.
medida, en autotransformadores regulables de fabricaciónmanual.
Los autotransformadores regulables se construyentanto monófásicos como trifásicos, y se usan en la regulación y control de máquinas eléctricas, en instalaciones declimatización, en la regulación de alumbrado, etc. En lasFiguras 2.9 Y2.10 podemos ver, respectivamente, un autotransformador monofásico y un autotransformador trifásico,ambos regulables manualmente.
Fig. 2.7. Diferentes tipos de uniones entre columnas y culalas.
Los transformadores de columna requieren mayor cantidadde bobinado pero menor cantidad de hierro que los transformadores acorazados de las mismas características defuncionamiento.
a, L Tronllorm odom loro ido lelEnestos transformadores, el núcleo magnético tiene forma de anillo cerrado. Esto facilita la obtención de bobinados equilibrados con relación al circuito en el que estáinmerso, sin afectar a otras bobinas adyacentes debido alcierre del campo magnético.
Se utiliza en espacios donde coincide con otros aparatoseléctricos, como pueden ser aparatos de medidas, interruptores diferenciales, circuitos electrónicos, etc., para evitaralteraciones que pudiera producir la dispersión de Rujo.
En la Figura 2.8 podemos ver un núcleo magnético toroidal,y un núcleo magnético con los bobinados primario y el secundario montados.
Este tipo de transformador se utiliza en los interruptores diferenciales, en transformadores de intensidad y, en menor Fig. 2.9. AutotronsFormodor monofásico regulable con núcleo toroidal.
•
Fig. 2.10. Foto de un autotransformador regulable trifósico con núcleotoroidal.
IIJ Transform ador trifósiuEl sistema de producción y transporte de energía eléctricase realiza mediante un sistema eléctrico trifásico; esto per
mite la utilización de transformadores trifásicos como ele
mento necesario en las funciones de transporte y distribución de la energía.
Un transformador trifásico se consigue mediante el monta
je de tres transformadores monofásicos conectados cadauno a una fase de la red trifásica equilibrada. Este monta
je se llama banco trifásico, lo que indica que un transformador trifásico tiene el mismo comportamiento electro
magnético que un transformador monofásico.
Vamos a realizar el proceso para obtener y comprender elfuncionamiento de un transformador trifásico partiendo detres monofásicos.
Los transformadores que componen el banco trifásico son
completamente independientes entre sí, al igual que los circuitos magnéticos. Entre ellos no existe ningún tipo de in
terferencia que pueda provocar alguna alteración de los Rujos que se producen.
Si disponemos los tres transformadores monofásicos comoindica la Figura 2.11, apreciaremos que los Rujos en las co
lumnas coincidentes se anulan.
Podemos observar cómo los tres transformadores monofásicos están unidos por las tres columnas, y que los Rujos e:pl,
e:p2 Y e:p3 son iguales.
Al ser los tres flujos iguales y desfasados entre sí 120°, la
suma vectorial resultante de los tres flujos creados es cero.Podemos comprobar en el diagrama de vectores de la mis
ma Figura 2.11 que la suma de los flujos es nula.
Fig. 2.11. Banca trifósico formado por tres transformadores monofásicos.
Por lo tanto, al quedar la columna central anulada, podemos suprimirla. En la Figura 2.12 se aprecia cómo queda
ría el núcleo del transformador.
La construcción real, derivada del montaje de. un banco detres transformadores monofásicos, es el núcleo trifásico que
se indica en la Figura 2.13, empleado en casi todos los
transformadores trifásicos.
Fig. 2.1 2. Núcleodel banco trifásico sin (as columnas coincidentes.
Fig. 2.14. Transformador trifásico.
N2W
N1W
N2V
N1V [3
N2U
NlU[1
[1 '
La utilización del banco trifásicocuenta con el inconveniente
de tener mayor volumen y peso debido a que dispone de
tres núcleos magnéticos. El coste es mayor, aunque en casode avería resulta más rentable.
Un ejemplo de aplicación sería que, por razones de se
guridad en el servicio, fuera necesario disponer de unidades de reserva. Con un transformador monofásico y
con el tercio de la potencia total bastaría; en cambio, un
transformador trifásico debería tener otro transformador
trifásico de reserva.
Para evitar los inconvenientes de tres transformadores monofásicos, se dispone de un transformador de tres columnas
y dos culatas (Figura 2.13), resultante de la modificación
necesaria para su rentabilidad y menor volumen.
Fig. 2.13. Núcleo de un transformador trifásica.
Lo más común en transformadores trifásicos, tanto en cir
cuito magnético como eléctrico, es lo que se indica en la Figura 2.14, en donde los tres bobinados primarios N1 U,N1 Vy N1 W corresponden a las fases L1, L2 YL3 respectivamente, así como los tres bobinados secundarios N2U,N2Vy N2W corresponden a las fa¿es L1', L2'y L3'.
Los elementos esenciales que constituyen un transformadoreléctrico son:
Bobinasprimarias
Circuitomagnético
Bobinassecundarias
Cubo
• Tres bobinados primarios: N1U, N1 '1, N1W
• Tres bobinados secundarios: N2U, N2'1, N2W
• Un circuito magnético de tres columnas y dos culatas oyugos.
• Una cuba.
Fig. 2.15. Elementos que componen un transformador trifásica.
Los tipos de conexiones más frecuentes que puedenrealizarse en los transformadores trifásicos son 105 indico'
dos en la Tabla 2.1.oo.]
En la Figura 2.15 podemos observar los elementos bási
cos que componen un transformador de potencia y sumontaje.
Las expresiones D, Y, Z son las indicaciones de las tensio
nes mayores; d, y, z son las indicaciones de las tensionesmenores.
Tabla 2.1. Conexiones más frecuentes del transformador.
g17Fr:J J j A
l.A
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Fig. 2.17. Transformador trifásico estrello-estrello. «Y-y».
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Dy
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Zigzag «z»
Estrella «y»
Estrella «y»
Triángulo «d»
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Triángulo «D»
Estrella «Y»
Estrella «Y»
Estrella «Y»
~ I JI. Triói1ijulo-triángula (Dd)Enesta conexión, tanto los bobinados primarios como lossecundarios están conectados en triángulo (Figura 2.16).Estas conexiones se representan indicando «D» poro laconexión del bobinado primario en triángulo, y «d» parala conexión del bobinado secundario, también en triángulo.
Fig. 2.16. Transformador trifásico triángulo-triángulo. «D-d».
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Fig. 2.1 8. Transformador trifásico triángu{o-triágu{o. «O-y».
111 L Triángulo-emella (Dy)En esta conexión, los bobinados primarios están conectados en triángulo y los bobinados secundarios están conectados en estrella (Figura 2.18). Estas conexiones se representan indicando «D» para la conexión del bobinadoprimario en triángulo e «y» para la conexión del bobinado secundario en estrella.
1W1U 1V
• 1 B. IItrello-emello (Yy)
•_ . En esta conexión, tanto los bobinados primarios como los
bobinados secundarios están conectados en estrella (Figura 2.17). Estas conexiones se representan indicando«Y» para la conexióndel bobinado primario en estrellae «y»para la conexión del bobinado secundario, también enestrella.
!~ n, Irt(oll"_triiÍ"~III. IVd'~ l. i n i vu u 41I\.1111j\.lI\l\1 !
En esta conexión, los bobinados primarios estánconectadosen estrella, y losbobinados secundarios, en triángulo (Figura 2.19). Estas conexiones se representan indicando «Y»para la conexión del bobinado primario en estrella y «d»para la conexión del bobinado secundario en triángulo.
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.. lU .1V\lW
W
Fig. 2.19. Transformador trifásico estrella-triángulo. «(-d».
~I L lllrello-zigzOgEn estaconexión, los bobinados primarios estánconectados enestrella y los bobinados secundarios se consiguen descomponiendo cada unode ellos en dos mitades, pasando a ser seisbobinas queseconectan como indica la Figura 2.20. Estas conexiones se representan indicando «y» para la conexión del
Fig. 2.20. Transformador trifásico estrella-zigzag. «Yrz»,
bobinado primario en estrella y «z»para la conexión del bobinado secundario en zigzag.
Fig. 2.21. TransFormador trifásico de potencia.
La Tabla 2.2 agrupa diferentes conexiones de los transformadores trifásicos más utilizados, indicandoconexión y relación de transformación correspondiente.
Los transformadores de medidas son aquellos que, por suparticularconstrucción y su específica función, sólo se utilizan para modificar lascaracterísticas de algunas magnitudeseléctricas y adaptarlas a los aparatos de medidas convencionales. Consisten, principalmente, en transformadoresde intensidad y transformadores de tensión.
Por seguridad, los bobinados secundartos de estos transformadores deberán estar conectadosa tierra.
~ I tí r'ln;¡~ rm UdH ti!. i:malirlo iJ
Sonaparatos que se utilizan para reducir una elevada intensidad que recorre un circuito a una menor intensidad y, porlo tanto, con menor sección de los hilos. Esto nosfacilita la manipulación de los conductores en las instalaciones y el correspondiente ahorro por la diferencia de sección del cable.
Una gran ventaja que tiene este transfarmador es que conseguimos utilizar amperímetros menos voluminosos que nospermiten colocarlos en espacioslimitados, comopueden sercuadros de protección, control, de automatismo, etc.
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.-Tabla 2.2. Grupode conexiones ele los transformoclores trifásicos más ulilizaclos.
El transformador de intensidad no puede funcionaren vacío con el secundario a circuito abierto. Esto quie
re decir que el secundario debe estar siempre conectadoa un amperímetro o, en ausencia de éste, se debe cortocircuitar.
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111
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P2! iI .~. ._._. •__ ..J ~
Transformadorde intensidad
Fig_ 2.22_ Esquema delcircuito eléctrico de un transformador de intensidad.
Fig_ 2_23_ Dibu;o de un transformador de intensidad_
-, B. fran¡lormador de tenliónSon aparatos que se utilizan para reducir una elevada tensión eléctrica para pader, de esta manera, manipular la instalación a baja tensión y con menos riesgos.
Una gran ventaja que tiene este transformador es que, enfunción de la relación de transformación del mismo, se pueden instalar los aparatos de medidas en cualquier cuadroeléctrico, lo que evita tener que utilizar enormes voltímetros.los transformadores de tensión tienen su estructura internaigual que el transformador monofásico de patencia.
Estos transformadores se utilizan en:
• Equipos de medidas de alta tensión, como voltímetrosconvencionales, contadores de energía, etc.
• Enreducciones de tensiones en muy baja potencia, comoequipos de radio, equipos de vídeo, equipos informáticos, etc.
L1L2L3
Transformadorde tensión
Fig_ 2.24_ Esquema delcircuito eléctrico de un transformadorde tensión.
El transformador de tensión, al contrario de lo que sucedecon el de intensidad, sí puede funcionar en vacío, y, portanto, su secundario nunca debe cortocircuitarse.
IIIlronsformodores especialesEntre los transformadores especiales se encuentra el transoformador de seguridad, que debe estar a prueba decortocircuitos o ser relativamente resistente a ellos.
Los bobinados deberán estar separados entre sí mediantecapas aislantes o columnas diferentes, para que no puedaproducirse, en ningún caso, un contoctoentre los bobinados primario y secundario.
Estos transformadores pueden suministrarhasta 42 voltios enel bobinado secundario, mientras que en la tensión de entrada al bobinado primario no puede superar los 500 voltios.
Se trata de un transformador que, además de realizar un ?-::-Jcambio de valores en la tensión de salida con respecto a latensión de entrada, debe soportar una determinada paten-cia, que será aquella que se demande en uno o varios pun-tos determinados de la red eléctrica.
Cuando se cita la potencia aparente (5) de un transformador, su denominación se da en VA (voltio-amperios) o kVA(kilovoltio-amperios) cuando es múltiplo.
Los transformadores más usuales son los transformadoreselevadores y los reductores.
~I!\. Yra:1slormndor 2lm;lHSi suministramos una tensión al bobinado primario de untransformador, en el secundario se producirá una elevaciónde tensión que irá en función a la relación de transformación que tenga el transformador.
Siuntransformador tiene una relación de transformación de1/100, quiere decir que cuando se le aplique un voltiode tensión al primario, por el secundario dispondremos de100 voltios de tensión.
En un transformador elevador la relación de transformaciónserá siempre menor que uno. Esto puede parecer confuso,perosinosremitimos a la Fórmula 2.2, podemos comprobarcómo al ser la tensión del primario U¡ menor que la tensióndelsecundario U2 (el numerador es menor que eldenominador), el cociente resulta menor que 1; por lo tanto m< 1.
Fórmula 2.2
Donde:
m = relación de transformación
U¡ = tensión del primario
U2 = tensión del secundario
Siendo:
• m< 1 para transformadores elevadores.
• m> 1 para transformadores reductores.
g lB. Yrnnl!ormador reduttorSi suministramos una tensión al bobinado primario deltransformador, en el secundario se producirá una reducciónde tensión que irá en función de la relación de transforma-
~. ciónque tenga el transformador.
Siun transformador tiene una relación de transformación de100/10, quieredecirque cuando la tensión de entrada enel primario es de 100 voltios, la tensión de salida en el secundarioes de 10 voltios.
En un transformador reductor, la relación de transformaciónes siempre mayorque uno. Puesto que la tensión del bobinado primario U¡ es mayorque la del secundario U2 (el numerador mayor que el denominador), el cociente resultamayorque 1, por lo que en este caso m > 1.
Recuerda
Un mismo transformador puede ser elevadory reductor,ya que su funcionamiento es reversible. Se puede alimentar por un bobinado o por otro, siempre respetándo la tensión que corresponde a cada bobinado.
g lu~shnu:hTU d\~ ~~~nTI'Npotu ci a
Un transformador de pequeña potencia está constituido porlos elementos básicos que se citan a continuación:
• Elementos magnéticos:
- Núcleos.
- Columnas y culatas.
• Elementos eléctricos:
- Bobinado primario.
- Bobinado secundario.
• Elementos dieléctricos o aislantes:
- Aislamiento del núcleo magnético o carrete.
- Aislamiento entre capas.
- Aislamiento entre bobinados.
- Barnices.
~I A. (ircuito magnéticoConsta de chapas ferromagnéticas de hierro-silicio en unaproporción del 3 al 3,5%.
En la actualidad se han mejorado considerablemente laspérdidas en el hierro. Se utiliza casi exclusivamente hierrode grano orientado de 0,35 mm y de 0,5 mm de espesor,cuyas pérdidas oscilan entre0,4 y 0,6 W/kg. Todas lasche-
ni~I[O
-----------------'
pos magnéticas van aisladas a ambos lados por medio debarniz, para reducir las pérdidas por corrientes parásitas ode Foucault.
La construcción de los transformadores se realiza con núcleos magnéticos de columnas y acorazados. Los primerosse usan generalmente en grandes potencias, y están formados por dos o tres columnas según sean monofásicos otrifásicos con chapas, como la de la Figura 2.250, para lostransformadores de columnas monofásico, y 2.25b, paralos transformadores trifásicos.
~ r--
n O<::»
lo Fig. 2.25c. Chapa magnética para un transformador monofásico acorazado.
Fig. 2.250. Chapa magnética para un transformador monofásico decolumna.
En la Figura 2.26 podemos ver algunos tipos de chapas normalizadas para los transformadores, tanto de columnascomo acorazados. Las formas de chapas de la figura son
los tipos M, E/I Y U/I.
Fig. 2.26. Tipos de chapasnormalizadas.
UI¡
o O
-O O
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01
o O
-lo
1111 B. <imito eléctrico
o
Fig. 2.25b. Chapa magnética poro un transformador trifásico.
o
El transformador se compone de dos circuitos eléctricos, unoprimario, que va conectado a la red, y ot~o secundario, queva conectado al circuito de salida o carga.
Se denomina bobinado de alta tensión a aquel quetrabaja a la tensión mayor, y bobinado de baja tensión al que trabaja a menor tensión, independientementede si el transformador es elevador o reductor, y de si es primario o secundario.
Los núcleos acorazados se utilizan generalmente entransformadores monofásicos de poca potencia, con chapas como la de la Figura 2.25c.
En esta figura se aprecia que la columna central es el doble de ancha que las columnas laterales. Recuerda que elRujo que recorre las columnas laterales converge en la columna central, que asume todo el flujo.
El circuito eléctrico está constituido por hilo, generalmentede cobre, tipo recocido e industrial. El cobre recocido tiene
gl rabndebs cudalidaddels para sef
r aplidcado en la construcción de 'sIos o ina os e os trans orma ores.
Su apariencia es la de un hilocilíndricode cobre, recubiertacon un esmalte para los transformadores de pequeña y mediana potencia.
También se emplea el aluminio, pero su uso es muy restringido debido a su menor conductividad con respecto al cobre; además, la sección del conductor de aluminio es mayor con respecto al cobre, por lo que la estructura será másvoluminosa.
Se calcula y comercializa por el diámetro, a diferencia delos utilizados en las instalaciones eléctricas, que se calculany comercializan por su sección.
El hilo esmaltado, como todos los materiales, está sometidoa medidas normalizadas y comerciales. En la Tabla 2.3 podemos constatar los diámetros normalizados y comercialesexistentes en el mercado.
1,--•---------¡
N,
Fig. 2.27. Dibu;o del circuito eléctrico de un transformador.
12--
., <. Aillantel y barnilelLos aislantes y barnices que se utilizan en la construcción detransformadores deben ser de materiales con muy buena rigidez dieléctrica, ya que tienen que soportar grandes diferencias de tensiones.
Carrete
Los bobinados eléctricos se realizan sobre carretes confeccionados con material aislante, o aislando directamente elnúcleo magnético enrollándole papel aislante.
Los carretes están destinados a soportar el bobinado eléctrico e insertar en él las chapas magnéticas. El carrete debetener unos taladros en las solapas para que el principio yfinal de cada bobinado pueda tener su salida a la placa debornes del transformador.
En la Figura 2.28 podemos comprobar el aspecto de un carrete aislante para el núcleo de un transformador.
0,050 0,200 0,710 1,500Fig. 2.28. Carrete aislante de un transformador.
0,056 0,224 0,750 1,600
0,060 0,250 0,800 1,700
0,063 0,280 0,850 1,800 Barnices
0,071 0,300 0,900 1,900Son aislantes líquidos viscosos, de materias resinosas natu-rales o artificiales disueltas en aceite, alcohol, etc.; al ex-
0,080 0,315 0,950 2,000 pandirse por el bobinado, se secan por evaporación, crean-
0,090 0,355 1,000 2,120do una cubierta resistente a la humedad y a los contactoscon las carcasas de protección.
0,100 0,400 1,060 2,240Las propiedades que debe tener un buen barniz, son: po-
0,125 0,450 1,120 2,360 der de penetración, elasticidad, resistencia al aceite, rigidez
0,140 0,500 1,180 2,500 dieléctrica, resistencia al calor, higroscopicidad y secadouniforme.• 0,150 0,560 1,250 2,650
0,160 0,600 1,320 2,800 Entrecapas
0,180 0,630 1,400 3,000Para aislar una capa de otra en el mismo bobinado, se co-loca una fina capa de papel aislante, que puede ser de
Tabla 2.3. Diámetros normalizados y comerciales de loshilos esmoltodos. presspan, poliéster, etc., de un espesor muy fino. Este oís-
lamiento se coloca para evitar que las espiras se puedanponer en cortocircuito entre ellas y pueda alterar las características del transformador.
Separando los bobinados primarios y secundarios, se debecolocar una capa de papel aislante (presspan, poliéster).Este aislante debe tener un espesor adecuado y una rigidezdieléctrica suficiente como para soportar la diferencia detensiones entre los bobinados.
Tubos aislantes
Para el aislamiento del conductor y las conexiones, se utilizan unos tubos aislantes, que pueden ser de fibra de vidrioo de poliéster, con diámetros de diferentes medidas paracada uno de los arrollamientos. Estos tubos van colocadosdesde la última espira de cada uno de los conductores hasta la placa de bornes, protegiendo el conductor esmaltadoy, al mismo tiempo, aislándolo de cualquier contacto quepudiera tener la parte metálica del transformador.
En la Figura 2.29 podemos ver los diferentes aislantes quese utilizan en la construcción y reparación de transformadores eléctricos de pequeña potencia.
Al no ser independientes los circuitos primario y secundario, se evita su utilización para reducir las altas tensiones delas líneas de transportes.
Los autotransformadores no se pueden utilizar como transformador de aislamiento o de separación de circuitos.
Si aplicamos una tensión en los extremos de un bobinadoarrollado a un núcleo magnético, con un diámetro igual entodo el circuito, y extraemos una salida en el punto mediodel bobinado, entre el principio y el punto medio, tendremos la mitad de la tensión aplicada en los dos extremos del
bobinado.
Un autotransformador se consigue extrayendo una salidadesde cualquier punto de un bobinado arrollado a un núcleomagnético y al principio de éste. Si aplicamos una tensión alprincipio y final del bobinado, obtendremos una tensióndiferente entre el principio y el punto extraído, como podemos ver en la Figura 2.30.
• Ventajas:
- Menor tamaño.
- Menor coste.
Fig. 2.30. Esquema eléctrico de un aulolransformador.
\
2
V¡
II
1
- Mejor rendimiento.
- Mejor factor de potencia.
- Mejor regulación de tensión.
• Inconvenientes:
- Conexión común entre los circuitos de alta y baja tensión. No sirve como transformador de aislamiento nide separación de circuitos.
- Más elevadas corrientes de cortocircuito.
Fig. 2.29. Diferentes tipos de aislantes.
Se define el autotransformador como el transformadorcuyos bobinados primarias y secundarios tienen partes comunes. El autotransformador sólo tiene un bobinado, quecomparte sus espiras en proporción a las tensiones de entrada y salida.
ID Autotransform adores
Transformador trifásicocon dos arrollamientos
separados
Autotransformador trifásicoconexión estrella
un
Transformador trifásicoconexión estrella-doble
zig-zag
Transformador monofásicocon dos arrollamientos
separados
Fig. 2.32. Símbolos de transformador monofásico, trifásico y autatransformodaren normas UNE.
Fiq. 2.31. Esquema eléctrico de unoutotransformador montadoen un nú~
eleomagnético.
En la representación de los transformadores, podemos re
currir o cualquiera de los normas establecidos a escalo na
cional e internacional, que estón representadas en lo Uni
dad , de este libro; para ello se deberó utilizar siempre la
misma norma para un mismo proyecto. Los siguientes es
quemas corresponden a la representación de los transfor
madores en norma UNE (norma española).
Autoevaiuación
1. Define qué es un transformador.
2. ¿Con qué tipo de corriente trabajan los transforma
dores eléctricos? Razona tu respuesta.
3. Clasifica los transformadores por su circuito magnético.
4. En un transformador acorazado, ¿la columna central
debe tener la misma sección de núcleo que las.laterales? Razona tu respuesta.
5. ¿De qué dos formas se pueden unir las columnas y lasculatas?
6. ¿Cuándo se dice que un transformador es elevador?Demuéstralo mediante fórmula.
7. ¿Puede un mismo transformador funcionar como ele
vador y como reductor? Razona tu respuesta.
8. ¿A qué se le llama transformador de medidas?
9. Dibuja el esquema del circuito eléctrico de un trans
formador de intensidad.
10. Dibuja el esquema del circuito eléctrico de un trans
formador de tensión.
11. Cita los elementos que configuran un transformador.
12. ¿A qué se le llama circuito magnético?
13. Cita al menos dos tipos de chapas normalizadas.
14. ¿Qué materiales se emplean para la construcción delos circuitos magnéticos?
15. ¿Cuántos circuitos eléctricos componen un transfor
mador?
16. ¿A qué se le llama bobinado de alta tensión de un
transformador?
17. ¿Cuáles son los materiales que se emplean para laconstrucción de los circuitos eléctricos de los transfor
madores?
18. ¿Qué material se emplea generalmente para laconstrucción de los circuitos eléctricos de un transformador?
19. ¿El hilo esmaltado se comercializa y se calcula porla sección del conductor o por su diámetro2
20. Cita algunas ventajas e inconvenientes de los auto
transformadores.
Actividades de enseiícnztI-C1prel'ldb:oje
21. Comprueba el tipo de transformador por sunúcleo magnético.
• Objetivo:
- Observar e identificar el tipo de núcleos mag
néticos.
• Medios didácticos:
- Transformador de pequeña potencia de núcleo •
acorazado.
- Transformador de pequeña potencia de núcleo
de columnas.
- Destornilladores, llaves hexagonales fijas, alica
tes universales, martillo de fibra.
- Tornillo micrométrico o pálmer.
• Procedimiento:
1.° Desmontar la carcasa del transformador aco
razado.
2.° Desconectar los bobinados de la placa de co
nexiones.
3.° Desmontar los tornillos de apriete de las chapas
magnéticas.
4.° Desmontar las chapas magnéticas que están in
troducidas en el carrete de los bobinados.
5.° Verificar con el comprobador de continuidad elaislamiento de las chapas. e.
6.° Volvera montar el transformador.
7.° Repetir la práctica con un transformador de co
lumnas.
• Contesta:
a) Verifica el tipo de chapa.
b) Mide el espesor de la chapa.
e) Determina el número de chapas.
d) Identifica cada una de las partes que componen
un transformador.
Núcleomagnético
5,5,
P,
P,
Bobinadosecundario
primario
a) Verifica el montaje de los bobinados.
b) Comprueba el tipo de núcleo magnético.
e) Identifica cada una de las partes que componenun transformador de intensidad.
5, 5,
3.° Verificar con el comprobador de continuidad elaislamiento de las chapas.
4.° Volver a montar el transformador.
1.° Desconectar la placa de conexión en baja in
tensidad.
2.° Desatornillar o despegar las tapas del transformador.
Conductorposante
d) ¿Qué diferencias encuentras entre el transformador de intensidad de barra pasante y el transformador de intensidad de primario bobinado?
e) ¿Cómo están montados los transformadores?
f) ¿Qué conclusiones sacas de los montajes decada uno de los transformadores?
- Destornillador, llaves hexagonales.
• Procedimiento:
• Contesta:
Fig. 2.35. Transformador de intensidad de barraposante.
Fig. 2.36. Transformador de intensidad de primario bobinado.
2Undario
2V
,--
~ano f:::::
f:::::
f::: Secut-
lV
1U Primario 1V
°2U Secundario 2V
Prim
Fig. 2.33. Dibuio de un transformador acorazada.
1U
h) ¿Qué conclusiones sacas de los montajes decada uno de los transformadores?
Fig. 2.34. Dibuio de un Transformador de columnas.
e) ¿Encuentrasdiferencias en los tipos de chapas decada transformador?
f) ¿Puedescomparar físicamente los tiposde chapas?
g) ¿Sabias cómo estaban montados los transformadores?
22. Observa la constitución y montaje de untransformador de intensidad.
• Objetivos:
- Identificarun transformador de intensidad por laforma de su núcleo magnético.
- Observar la disposición del circuito primario.
• Medios didácticos:
- Transformador de intensidad de barra pasante.
- Transformador de intensidad con primario bobi-nado.
23. Observa la constitucióny montaje de un eutotransformador.
• Objetivos:
- Identificary dibujar las partes de que consta unautotransformador.
- Verificar las diferentes salidas del autotransformador.
- Comprobar los tipos de autotransformadores.
• Medios didácticos:
- Autotransformador de pequeña potencia.
- Autotransfromador regulable de pequeña po-tencia.
- Llaves hexagonales, destornilladores y martillode fibra.
• Procedimiento:
1.° Desmontar la carcasa del autotransformador.
2.° Desconectar los bobinados de la placa de conexiones.
3.° Desmontar los tornillos de apriete de las chapasmagnéticas.
4.° Desmontar las chapas magnéticas introducidasen el carrete de los bobinados.
5.° Verificar, con el comprobador de continuidad,el aislamiento de las chapas.
6.° Observar y comprobar el funcionamiento delautolransformador regulable.
• Contesta:
o} Verifica el montaje del bobinado.
b} Determina el tipo de núcleo magnético.
c} Comprueba las diferentes salidas del outorronsformador.
d} Identifico cada una de las partes que componenun autotransformador.
e) ¿Qué diferencias encuentras entre un transformador de potencia y un autotransformador?
f} ¿Sabías cómo estaban montados los autolransformadores?
g} Cita las ventajas y los inconvenientes de un outotransformador.
h} ¿Qué conclusiones sacas de los autotransformadores?
24. Identifica, en pequeños transformadores, elbobinado de mayor tensión y el de menortensión por sus resistencias óhmicas.
• Objetivos:
- Identificar, mediante los valores de las resistencias de los bobinados, el de mayor y el de menor tensión.
- Identificar físicamente los diferentes bobinadosen función de su tensión.
• Medios didácticos:
- Transformador de pequeña potencia de núcleoacorazado.
- Transformador de pequeña potencia de núcleode columnas.
- Comprobador acústico de continuidad.
- Polímelro digital.
- Óhmetro o puente de resistencias.
- Pinzas de cocodrilo.
• Procedimiento:
1.° Medir la resistencia óhmica de uno de los bobinados del transformador acorazado.
2.° Medir la resistencia óhmica del otro bobinadodel transformador acorazado. ;..
3.° Anotación de las mediciones.
4.° Realizar las mismas mediciones con un transformador de columnas.
• Contesta:
o} Determina, teniendo en cuenta la resistencia óhmica, el bobinado de mayor y de menor tensión.
b) Indica el número de chapas.
c) ¿Puedes identificar físicamente el bobinado demayor y de menor tensión? Explica por qué.
d} ¿Qué conclusiones sacas de las diferentes resistencias de los bobinados de un transformador?
Tradicionalmente, en el campo del electromagnetismo se ha
venido utilizando el sistema de unidades cegesimal (CGS).
Estesistema reconoce como unidades básicas el centímetro, el gramo y el segundo; de ahí el nombre de Sistema CeGeSimal.
En el campo del electromagnetismo, y como unidades rela
cionadas con éste, tradicionalmente se han ido utilizando
las unidades Gauss, para la inducción magnética, elMaxwell, como unidad de flujo magnético, y el centímetro, como unidad de longitud.
Sin embargo, en el año 1989 se aprobó en España (RealDecreto 1317/1989) otro sistema de medidas llamado Sistema Internacional (SI).
Hay que decir a este respecto que pese a la implantación
del Sistema Internacional, en el campo de las máquinaseléctricas muchos profesionales han seguido utilizando el
viejo sistema de medidas.
Por ello, en la Tabla 3.1 se presentan las unidades relacionadas con el electromagnetismo y sus equivalencias.
Recuerda
En los cálculos que se realicen en esta unidad y en las
posteriores, se relacionarán los sistemas entre sí, para
terminar utilizando el Sistema Internacional (SI).
Tabla 3.1. Equivalencia de las unidades básicas utilizadas enmagnetismo y electricidad.
Para proceder al cálculo de un transformador, debemos saber
las necesidades que tenemos, es decir, debemos conocer la
potencia que vamos a necesitar y la tensión a la que tenemosque conectar los receptores y la línea. Tendremos que empe
zar el cálculo conociendo la potencia nominal del transformador y las tensiones de entrada y de salida de éste.
Se denomina potencia del transformador a la poten
cia que el transformador puede soportar en su bobinadosecundario, ya que se ha construido teniendo en cuenta
la carga que va a soportar en su bobinado de salida.
Fig. 3.1. Transformador de potencia (cortesía de La Eléctríca Utrerano}.
En un transformador ideal, tanto el bobinado primario comoel secundario soportan la misma potencia, lo que quiere de
cir que la potencia del primario (5¡)y la del secundario (52)son iguales; en este caso no se tienen en cuenta los diferentes tipos de potencias que se pierden.
Fórmula 3.1
La potencia del primario es igual a la tensión de éste por laintensidad del mismo:
Fórmula 3.2J
Por la misma razón, la potencia del secundario será igual a
la tensión de éste por la intensidad del mismo.
Fórmula 3.3
(010 prÓ(\ilO 1
Tenemos un transformador con una tensión en el primario de 220 V, Ycircula por éste una intensidad de 2,5 A.
El secundario dispone de una tensión de 48 V. ¿Cualserá la intensidad que circula por éste? Fig. 3.2. Sección del núcleo de un transformador.
51 = Ul • 1, = 220 . 2,5 = 550 VA
Como el transformador ideal es 51 = 52' resulta que: Fórmula 3.4~=550VA
Si consideramos la Fórmula 3.2:
Donde:
., B. ~elljón del nÚlleo lAR)
la sección del núcleo corresponde al área (An) transversal que tiene el núcleo magnético, en la cual va ubicadoel bobinado.
An = sección del núcleo
L= lado del cuadrado del núcleo magnético
Partiendo de estos datos, procederemos al cálculo de la sección de núcleo magnético donde deberán alojarse los bobinados.
Es importante señalar que la sección del núcleo está directamente relacionada con la potencia del transformador.
De hecho, cuanto mayor sea la potencia del transformador,mayor será la sección requerida en el núcleo magnético;por lo tanto, la sección del núcleo magnético está en funciónde la potencia del transformador.
Podemos calcular la potencia del transformador conociendo la sección geométrica del núcleo, que es la quehallamos a través del cálculo del área del propio núcleo, loque podemos conseguir midiendo los lados del mismo,como indica la Figura 3.2.
• Una manera rápida para la medición de la sección delnúcleo es hacerlo a través del interior del carrete aislante donde van alojados los bobinados, ya que dichocarrete deberá estar completamente relleno de chapasmagnéticas.
(010 próllilO 1
Si tenemos un transformador con un núcleo magnéticode tipo cuadrado, de 8 cm de lado, la sección del núcleo será:
A, = L . L= 8 . 8 = 64 cm2
En la actualidad se ha mejorado bastante el rendimiento delas chapas magnéticas, por lo que los transformadores seconstruyen casi exclusivamente de chapa de granoorientado. Ésta es una chapa que tiene una pérdidade potencia mínima, de entre 0,4 y 0,6 W/kg, lo quehace casi inapreciables las pérdidas en el hierro.
Por lo tanto la sección del núcleo magnético de un transformador acorazado, se calculará empleando la siguiente fórmula:
Fig. 3.3. Sección de unnúcfeo acorazado.
Yugo
Donde:
N.O de chapas = 10 x~a·L'>.
Columnas
A, = sección del núcleo en cm?
a = ancho de chapa en cm
L'>. = espesor de la chapa en mm
.1 e Número de lhapalEn función de la sección del núcleo, el ancho y el espesorde la chapa, se calculará el número de chapas de queconstará el núcleo magnético.
Fórmula 3.7
Secciónnúcleo
Núcleo
Columnas lateralesde sección mitada la del núcleo
Fórmula 3.5
Donde:
A, = sección del núcleo en cm?
S2 = potencia del bobinado secundario en VA
Esta expresión indica que la sección del núcleo es la raízcuadrada de la potencia del transformador en centímetroscuadrados [crn-], despreciando las pérdidas.
Fig.3.S. Chapas magnéticas de un transformador.
Si tenemos la sección de un núcleoacorazado de 16 cm2,
la anchura de la chapa es de 4 cm y el espesor de 0,5mm, el número de chapas del núcleo se calculará de lasiguiente manera:
La sección del núcleo de un transformador sin acorazaro de dos columnas se calculará mediante la Fórmula 3.6,que dice que la sección del núcleo es la raíz cuadrada dela mitad de la potencia del transformador.
Fórmula 3.6
(010 práltico J
Fig. 3.4. Sección del núcfeo de un transformador de columnas.
;"
N." de chapas = 10 x~ =a·L'>.
= 10 x 16 =80 chapas4·0,5
., D. Montaje de 101 bobinadolLos bobinados son espiras arrolladas al núcleo que",. Jcrean un campo magnético que está en función del núme-ro de espiras.
Los bobinados se construyen sobre un carrete aislante, conun hueco central para que se puedan introducir las chapas
que conforman el núcleo magnético del transformador, comose puedeveren la Figura 3.6. Para elmontaje de los bobinados, colocamos un taco de madera con un taladro que nospermita introducirlo y sujetarlo en el eje de la bobinadora.
El taco evita que el tensado del hilo, al arrollarlo, presioneel carretey se pueda producir un hundimiento en el mismo,impidiendo que puedan colocarse la totalidad de las chapas magnéticas que necesita el transformador.
Tapas lateralesde cortón presspan
Tapas lateralesde cartón presspan
/ Taladr~ para pasarTacode madera eje bobinadora
Fig. 3.6. Carrete con tacode madero taladrado.
las bobinas se construyen con hilo de cobre esmaltado de sección circular; excepcionalmente, con hilo de aluminio esmaltado (véase la Figura 3.7).
El esmalte o barniz de los hilos de bobinar tiene lafunción de aislar las espiras entre sí y soportar altas temperaturas, como consecuencia del calentamiento que seproduce en los transformadores debido a las pérdidas,comoveremos más adelante.
El calentamiento de los bobinadosde un transformador,según las normasde la Comisión Electrotécnica Internacional, no debe exceder de 65 "C de la temperatura del aireambiente, que deberá ser, como máximo, de 40 oc.En cuanto a las conexiones entre hilos esmaltados o hilos de bobinar, debe retirarse el barniz (pelar) antesde cualquierconexión, ya que si no le quitamos el esmalte, no tendremos continuidad en el circuito, motivado por la malaconexión.
En el montaje de los bobinados, unas capas van separadas de otras por un papel aislante para mejorar el aislamiento y aumentar la rigidezdieléctrica entre espiras. Estepapel puede ser de presspan o poliéster.
Fig. 3.7. Hilo de cobreesmaltado.
los bobinados primarios ysecundarios se monlan de modo quequeden uno encima delotro. El bobinado que se debe colocarmáscercadel núcleo es el de menor tensión, por dos razones:
• Al ser la tensión menor, la sección del hilo es mayor, porloque la robustezy la fuerza delajusteal núcleo del hilonos dan mayor resistencia mecánica.
• Al ser menor la tensión del bobinado mós cercano al núcleo, la rigidezdieléctrica del aislantedel núcleo soportará mejor la tensión más baja que la más alta.
al, L Reloción de tranl!ormociónEn un transformador ideol (con pérdida igual a cero y rendimiento del 100 %) se verifica que:
Energía de entrada = Energía de salida
Comola potencia es la energía en la unidad de tiempo, enun transformador la potencia del bobinado primario esigualque la del bobinado secundario,comose indica en laFórmula 3.1, donde 51 = 52,
Si el transformador es monofásico, y resolvemos la potencia como el producto de la tensión por la intensidad, enla igualdadanterior, podemos afirmarque el producto de latensión del primario por la intensidad del primario es igualal producto de la tensión del secundario por la intensidad delsecundario, expresión recogida en la siguiente fórmula:
Fórmula 3.8
y si es trifásico, habrá que añadirle \Í3 a cada uno de los
términos, como se indica a continuación:
Fórmula 3.9
En ambos casos podemos deducir que el cociente de las ten
siones del primario y secundario será igual al cociente que
resulta entre las intensidades secundaria y primaria, res
pectivamente, tal y como se muestra en la fórmula 3.10
Fórmula 3.1 O
Los valores de las fuerzas electromotrices primaria {El Jy se
cundaria {E2Jcorresponden a las tensiones inducidas en los
respectivos bobinados, es decir, El =UI y E2 =U2•
Como se ha expuesto anteriormente, el sistema de unidades
que utilizaremos será el Sistema Internacional de unidades de medidas (SI), por lo que si representamos con el sím
bolo «E» a la fuerza electromotriz en este sistema, ésta será
la indicada por las fórmulas 3.11 y 3.1 2, respectivamente.
Fórmula 3.11
I El =4,440 f· NI . <Pmax I
Por lo tanto:
Fórmula 3.12
Donde:
NI = número de espiras del bobinado primario
N2 = número de espiras del bobinado secundario
f = frecuencia de la corriente alterna en Hz
<Pmox = valor máximo del Rujo en Weber
No obstante, las siguientes definiciones nos van a servir
para aclarar someramente los fundamentos en que se basael circuito magnético.
El flujo magnético es el número total de líneas de fuerza que existen en un circuito magnético; se representa con
la letra griega <P, que se lee «H», y su unidad es el Weber(Wb). En el sistema CGS es el Maxwell (MxJ,
La inducción magnética es la cantidad de líneas de
fuerza en la misma dirección que atraviesa una unidad de
superficie; se representa con la letra griega ~, que se lee«beta», y su unidad es el Tesla (T). En el sistema CGS, es el
Gauss (G).
--=-::-:----~~-'-. " . -1'
-----------.• - ~¿>
I~':'----:::~:_~-~~..:...:=
~~,=¿ct='oo• . .. ._:::~:: ..
..- -" I:e...
E-t:-------= ----
Fig. 3.8. Re/ación entreel fluia y la inducción.
La inducción magnética se representará por:
Fórmula 3.13
Donde:
~mox = valor máximo de la inducción en T
<Pmox = valor máximo del flujo magnético en W b
A, = sección del núcleo en m2
Si se dividen miembro a miembro las ecuaciones según lasFórmulas 3.12 y 3.13, obtenemos la siguiente fórmula:
Fórmula 3.14
También se puede expresar como:
Fórmula 3.15
Según la Fórmula 3.10 Yla Fórmula 3.14, vemos que la re
lación de transformación se puede obtener así:
Fórmula 3.16
Esquema de conexiones concargo z
Perspectiva delnúcleo y bobinados
2Uffi cargaz
2V
~DNIlV
Fig. 3.10. Transformador de columnas con dos babinados.
Fig.3.9. Carrete de transformadar bobinado.
El primario de un transformador tiene 1 820 espiraspara una tensión de entrada de 220 V. ¿Cuál será latensión en el secundario en vacío si éste tiene 550 espiras?
.1 G. ¡¡piral por voltio (N/V)Si partimos de la Fórmula 3.14 y despejamos NI E, llegamos a la conclusión de que espiras por voltio es el resultado de dividir el número de espiras del bobinado por latensión; por lo tanto:
Fórmula 3.1 7
E . ,. Nspiros por vo tío = U
Despejando U2, resultará:
N2 550U2 = UI • - = 220 .-- = 66V
NI 1820 4,44 . <l>max • f
.1 f. Número de elpiral (N)
Para realizar el cálculo del número de espiras de cadauno de los bobinados, tendremos que recurrir a despejar NI y N2 en las Fórmulas 3.11 y 3.12, respectivamente, es decir:
-- Por lo tanto:
Fig. 3.11. Transformador acorazadocon losdos bobinados.
Tenemos un transformador de 10 kVA a 50 Hz de frecuencia, con una tensión de 1000 V en el primario y220 V en el secundario.
Calculamos la sección del núcleo aplicando la Fórmula 3.5 y obtenemos:
A la chapa del transformador le corresponde una inducción de 12000 Gauss (1,2 T), por lo que el valordel flujo máximo será:
<Pmax= An · ~mox= 100·12000 =
= 12 . 105 maxvelios (1,2 . 1O·2Wb)
Por lo tanto el valor las espiras par voltio será:
N 108 108
V = 4,44· <Pmox . f = 4,44· 12 . 105 • 50
= 0,3753 espiras por V
li . d N NIeruen o en cuenta que - = -V VI
Despejando las espiras (N) de cada uno de los bobinados será:
NI = !i .VI = 1000 . 0,3753 = 375 espirasV
N2=!i. V2 =220.0,3753 =83 espirasV
.1 H. Intenlidad de IOlljnujtol eléltrilOIConociendo la potencia nominal del transformador, la Fórmula 3.2 expone que la potencia del primario es igual a latensión de éste por la intensidad del mismo, y que la potencia del secundario es igual a la tensión de éste por la intensidad del mismo.
Podemos despejar la intensidad del primario en función dela del secundario, exponiendo lo siguiente:
Esto nos proporciona el cálculo de las intensidades de
ambos bobinados.
gil. ~elljón de IOllondultOrel eléltrilol (i,u)Como se ha expuesto anteriormente, el conductor utilizadoen los bobinados eléctricos se comercializa según su diámetro, pero su cálculo se puede hacer teniendo en cuentael diámetro o la sección del conductor.
Para calcular la sección del conductor, deberemos teneren cuenta la relación que hay entre la intensidad y ladensidad de la corriente (o en mm2) con respecto a cadaconductor. Para ello vamos a utilizar la Tabla 3.2, querelaciona la densidad de corriente con la potencia del
transformador.
L=longitud del conductorA = órea o sección transversal
Fig. 3.12. Sección de un conduclor.
Fórmula 3.1 8
IS =-en mm?
cv o
Donde:
Seu = sección del conductor de cobre en mm?
1= intensidad de corriente en A
o= densidad de corriente eléctrica en A/mm2
j
De501 al 000 VA
De 1001 a 2500 VA 1,5 [
De 2501 a 10000 VA 1,2
A partirde 10000 VA 0,75
Tabla 3.2. Densidad máxima de lasconductores en relación conla potencia.
(010 próltilo , Il0ntinuOlión)
Para calcular el diámetro utilizaremos la fórmula delárea del círculo es decir:
A = 1t . r?
Que en función del diámetro es:
d2A=1t·
4
Por eso, siendo:
1t-= 07854 '
A = 0,785· d?
•
Tenemos un transformador con una potencia en el secundario de 550 VA, con tensiones de 250 V Y 150 Ven el primario y secundario, respectivamente. Queremos saber qué diámetro de hilo será necesario paralos devanados primario y secundario.
Si la potencia es 5= V· I para los dos bobinados, despejando la intensidad tenemos:
5 550I =-=-=25AI VI 220 '
5 55012 = - = - - = 4 4 A
V2 125 '
Atendiendo a la Fórmula 21 y aplicando la densidadde corriente que le corresponde a 550 VA de potenciaobtenemos:
1, 2,55 = - =-- = 1 25 mm?
col 15 2 '
12 4,45cv2 = - =-- = 2,2 mm?
15 2
d- (1\yD;i85
Si despejamos el diámetro (d) del primario, obtendremos la siguiente expresión:
d = rs::;- = fl:25 = 1 26 mm, y D;i85 y D;i85 ,
El diámetro del secundario será:
d = ~ = (2) = 1 67 mm2 y D;i85 y D;i85 ,
Fig. 3.13. Diámetro del conductor.
(010 próctico 1
Necesitamos un transformador para alimentar un circuito que deberá soportar una intensidad en la salida de5 amperios.
La tensión que tenemos en la red es de 220 VYla tensióndel circuito que debemos abastecer es de 24 V.
La inducción magnética de la chapa que vamos a utilizares de 11 000 Gauss = 1,1 Tesla.
Conociendo los datos del transformador, los pasos queseguiremos para el cálculo serán los siguientes:
Sección del conductor del bobinadoprimario
5 _.i_ 0,545 = 0,181 mm?cul - (5 - 3
Sección del cenduerer del bobinadoseeundcrle
/2 5S = - = - = 1 666 rnrn?,"2 (5 3 r
iDi<6me~ro del bobinado pl'imerio (d¡)Potencia del secundario
d = rs:::- =1 ~Qj85
0,181 =048mm0,785 '
Sección del núcleo
A, = VS; = vT20 = 10,95 cm? = 10,95.10-4 m2
Flujo magnético máximo <Pma"
cl>max =~max' An = 11000·10,95 =
= 120450 Maxvelios = 12,045 . 10-4 wb
Número de espiras del primario
(Una vez obtenido el valor del diámetro, hay que recurrira una aproximación, ya que, en este caso, el diámetroque se encuentra en comercio es de 0,50 rnrn.]
Diámetro del bobinado secundario (d2J
d = rs::;- = fl:67 = 1 45 mm2 ~Qj85 ~Qj85 ,
(El diámetro que se puede encontar comercializado esde 1,50 mm.)
= 823 espiras
Número de espiras del secundario
N- U,·108
1 - 4,44. f. cl>max
220.108
4,44·50· 120450Con el cálculo del transformador realizado podemos comenzar el montaje del transformador, siguiendo los pasos que a continuación se citan:
1.0 Construir o adquirir el carrete para alojar el núcleomagnético en su interior.
24· lOS4,44 . f· cl>max
24.108
4,44 . 50 . 120450 = 90 espiras
Intensidad del primario
5 120/1 =-=--= 0545A
U1 220 '
Densidad en funeién de la Tabla 3.2
Densidad para la potencia de 120 VA:
(5 = 3 A/mm 2
•
Fig. 3.14. Carrete para transformador.
2. 0 Colocar el taco de madera en el interior del carretepara cogerlo con la bobinadora.
(010 próltilo 1 (lontinuOlión)
Fig. 3.15. Carrete con tacode madero.
3.° Montar el carrete en la bobinadora con hilo en ladevanadora.
4.° Montar el primario capa por capa; éstas deben aislarse entre sí por medio de una lámina Fina de papel de poliéster. Lasespiras de cada capa deben irordenadas o peinadas para que ocupen el menorespacio posible.
5.° Una vez terminado el bobinado primario, ha de envolverse con una capa de papel presspan de un espesor en Función de la suma de tensiones. Cuantomayor sea la suma de tensiones entre los dos bobinados, mayor espesor deberá tener el papel aislante para soportar la rigidez dieléctrica.
Fig. 3.16. Carrete conbobinados primario y secundario.
6.° Montar el bobinado secundario y envolverlode nuevo con papel presspan; después, sacar las puntasaisladas con macarrón aislante de Fibra de vidriopara llevar a la placa de conexiones.
7.° Comprobar la continuidad de cada bobinado.
Fig. 3.17. Prueba de continuidad.
8.° Montar las chapas magnéficasy prensarlas con lostornillos de cada esquina. Estos tornillos deberán aislarsecuando se introduzcan en los taladros de las chapas.
Fig. 3.18. Proceso de montaje de chapas. Esquema.
(010 práltilo J (IOntinuOlión)
9.° Colocor las conexiones.
10.° Comprobar de nuevo la continuidad de los bobinados, por si al introducir las chapas éstas han podido perforar el carrete aislante y cortar los hilos.
11.° Una vez realizados todos los ensayos pertinentes,se procede al barnizado, impregnando todo el bobinado, y posteriormente al secado.
(ólu!o de un transformadorde peq ueño poten (j apor ób o(O s
Un procedimiento rápido y bastante fiable para la construcción de transformadores de hasta 3000 VA aproximadamente es el que se realiza mediante tablas gráficas oábacos.
Un ábaco es una tabla de cálculo que nos permite ahorrartiempo en los cálculos necesarios para la contrucción de untransformador. Existen tres tipos de ábacos:
• Ábaco para el cálculo de la sección del núcleo.
• Ábaco para el cálculo de las espiras por voltio.
• Ábaco para el cálculo del diámetro del hilo.
Relacionando unos datos con otros podemos realizar todoslos cálculos necesarios sin utilizar ninguna fórmula y proceder a su construcción tal y como se ha expuesto en laspáginas anteriores. También se puede realizar el cálculocombinando fórmulas con ábacos. Ésta es la forma másusual de utilizarlos, ya que muchos datos del transformador se pueden calcular sin ninguna complicación.
Para ver su uso, vamos a realizar un ejemplo de cálculo deun transformador combinando fórmulas y ábacos.
En las páginas 58, 59 y 60 se reproducen los tres ábacosnecesarios para el cálculo.
Fig. 3.19. Transformador terminado.
• 1 ft. DIO del ábaloSupongamos que necesitamos un transformador con lassiguientes características:
• 120 VA de potencia.
• Alimentación de red: 220 V con una frecuencia de 50 Hz.
• Tensión de salida: 100 V.
El cálculo del transformador se puede realizar por ábacostanto con núcleo acorazado como con núcleo de columnas.
En nuestro caso, los cálculos que vamos a realizar se corresponderán a los necesarios para la realización de untransformador de núcleo acorazado, porque, como vimosanteriormente, los transformadores acorazados son los másrentables para las potencias pequeñas. ~
SeciCÍón del núcleo
Con los datos que tenemos, y utilizando el Ábaco 1, querelaciona la potencia del transformador con la sección delnúcleo, podemos obtener el resultado de la sección delnúcleo.
Sobre el Ábaco I se observa que en el eje vertical (de coordenadas) izquierdo se encuentran los valores de las potencias en VA. En la primera línea horizontal (eje de las abscisas) se encuentran los valores de la sección del núcleo.
Trazamos una línea horizontal desde el valor de 120 VA dela columna de lapotencia que coincida con la diagonal de lafrecuencia de 50 Hz. En ese punto de intersección, trazamos
una línea vertical y hacia abajo, que, a su vez, hará intersec
ción con el eje de lasabscisas, donde aparecen losvalores dela seccióndel núcleo. El punto de corte coincidirácon el valorde la sección del núcleo en centímetros cuadrados (cm2
) .
Como podemos observar, la sección del núcleo que se haobtenido es A, = 11 cm2•
iEspiras por voltios
Con una sección del núcleo de 11 cm? y con una inducciónmagnética de la chapa fijada de 12000 Gauss (1,2 T), conel Ábaco 11 podremos obtener las espiras por voltioque tendrá cada bobinado.
Sobre el Ábaco 11 se puede observar, al igual que en el anterior cálculo, que el eje de la izquierda indica, en este caso,los valores de la sección del núcleo.
Desde el valor 11 cm? del núcleo magnético que anteriormente hemos calculado, trazamos una línea horizontal quecoincida con la diagonal de la inducción de 12000 Gauss(1,2 T); en ese punto trazamos una línea vertical que coincide con la línea horizontal (abscisas) de los valores de lasespiras por voltios. El resultado es igual a: espiras porvoltio = 3,4 N/V.
Espiras de los bobinados
Si aplicamos la Fórmula 3.17, donde se relaciona la fuerza electromotriz con el número de espiras, obtendremos:
NI = ~ . VI = 3,4 ·220 = 748 espiras
N2 = ~ . V2 = 340 espiras
Diámetro de los hilos
Sobre el Ábaco /11, se observa que en el eje de la izquierda se encuentran los valores de los diámetros de loshilos desde 0,05 mm hasta 1 mm. Estos valores de la columna izquierda se relacionarán con el eje horizontal superior, donde están las intensidades desde 8 mA hasta800 mA.
Enel eje de la derecha se encuentran los valores de los diámetros desde 0,5 mm hasta 10 mm. Estos valores se relacionarán con el eje horizontal inferior, donde se encuentranlos valores de la intensidad desde 0,8 A hasta 80 A.
Conociendo los datos de potencia y tensión, podemos calcular intensidad del primario:
S 120I =--=-=0545AI VI 220 r
De la misma forma obtendremos la intensidad delsecundario:
S 120I =--=-=12A2 V2 100 '
Para calcular el diámetro del primario por medio delÁbaco 111, relacionaremos el eje horizontal superior (va/ores de intensidad de 8 mA a 800 mAl con la línea diagonal de la densidad de corriente, utilizando la densidad quecorresponda con lapotencia del transformador. Si queremosobtener una potencia de 120 VA, tendremos, según laTabla 3.2, una densidad de 3 A/mm2 •
Si utilizamos el Ábaco 111 para determinar el diámetro delbobinado primario, con una intensidad de 0,545 A, ob
tendremos:
di = 0,45 mm
De la misma manera y utilizando el eje horizontal de intensidades comprendidas entre 0,8 A Y 80 A, Y la mismadensidad de 3 A/mm2, a una intensidad del secundario de1,2 A le corresponderá:
d2 =0 ,7 mm
Resumiendo, tenemos un transformador monofásico acorazado con las siguientes características:
• VI = 220 V
• V2 = 100 V
• An = 11 cm?
• NI = 748 espiras
• N2 = 340 espiras
• di = 0,45 mm
• d2 = 0,7 mm
• Normas de seguridaden el taller
En un taller de máquinas eléctricas es importantísimoseguiralgunas sencillas normas de seguridad e higiene. Aquí espondremos las más importantes:
• Hay que mantener el puesto de trabajo ordenado y limpio: el desorden y la suciedad pueden provocar seriosaccidentes.
• Las herramientas eléctricas portátiles deben mantenersedebidamente protegidas y aisladas.
• Las herramientas portátiles con motor eléctrico no debensuperar la tensión de 250 V en ningún caso, y habrán deestar provistas de un conductor de protección.
• Los cables de alimentación de las herramientas eléctricasportátiles deberán estar protegidos por un material resistente que evite deterioros por roces, presiones y torsionesno forzadas.
• Los cables de alimentación de las herramientas eléctricasportátiles no deberán tener excesiva longitud. Es impres-
cindible colocar bases de enchufes en lugar cercano al deuso habitual.
• Es obligatorio proteger las máquinas herramientas fijasde contactos indirectos.
• Es importantísimo proteger las manos y la cara de herramientas cortantes y punzantes.
• Se debe utilizar una indumentaria de trabajo cómoda yadecuada para la tarea que se vaya a realizar.
• Hay que tener mucha precaución durante el manejo deproductos químicos, como barnices o pinturas.
• Una vez terminada la jornada de trabajo, se dejará elpuesto de trabajo preparado para continuar la jornadasiguiente.
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Ábaco I
3000
2000
1000
500
300
~200
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'üe.!1ce
50
30
20
10
5
2 3 5 10
Sección del núcleo A" en cm2
20 30 50 100
Fig. 3.20. Determinación de la sección del núcleo (transformadores acorazados) en función de la potencia secundaria y e diversas frecuencias.
Ábaco 11
1/ /
/ 5 NI
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3 6NO
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3
2
2 3 456 7 8 9 la 20 30 40 50
Espiras por voltio, a 50 Hz
Fig. 3.21. Determinación delnúmero de espiras porvoltio, conociendo la sección del núcleo y en función de la inducción magnética, a diversas Frecuencias.
Ábaco 111
Intensidad de corriente en mA
8 10 20 30 40 50 100 200 300 400 600 800
11 i 1 I 1
I I I 1 i ,
i I
I I I 1 II
I i II
I I I I I i I /I
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I I I 1 I I /¡ I
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0,14
0,12
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,8 2 3 4 5 la 20 30 40 60 80
10 50
709
60
8 50
740
306
5 20
15
4
10
8
3
6
5
4
2 3
EEe
"-"~:>
-Oe0,9 O
uO;-n
0,8 g"E'o
0,7 es
0,6
0,5
Intensidad de corriente, en A
Fig. 3.22. Determinación deldiámetro del conductor en Funcián de la intensidad de corriente, a diversas densidades de corriente.
Autoevaluación
1. ¿Cuál será el valor de la intensidad que circulará porel primario de un transformador, cuya tensión en elmismo bobinado primario es de 220 V, si la tensión delsecundario es de 12 V y circula por éste una intensidad de 4 A?
2. ¿Cómo variará la tensión del secundario de un transformador si se triplica el número de espiras del secundario y se mantiene constante la tensión del primario?
3. ¿Cómo variará la tensión del secundario de un transformador si se duplica el número de espiras del primario manteniendo constante su tensión?
4. Queremos estudiar la relación que existe entre las tensiones de los bobinados con respecto a los diámetrosde los hilos. Para ello vamos a calcular los siguientestransformadores:
a) Tenemos un transformador de 220 V en el bobinado primario y de 125 V en el secundario. La intensidad del secundario es 4 A.
Calcula los diámetros de los hilos.
b) Tenemos un transformador de 220 V en el bobinado primario y de 48 V en el secundario. La intensidad del secundario es de 4 A.
Calcula los diámetros de los hilos.
c) Tenemos un transformador de 125 V en el primario y 220 V en el secundario. La intensidad del secundario es de 4 A.
Calcula los diámetros de los hilos.
5. ¿A qué se denomina «sección del núcleo»?
6. ¿De qué material están construidas actualmente laschapas magnéticas de los transformadores?
7. ¿Qué separa un bobinado de otro colocados en unmismo núcleo en un transformador?
8. ¿Qué es el «flujo magnético»? ¿Cuál es la unidad enel Sistema Internacional? ¿Cuál es la unidad en el Sistema Cegesimal (CGS)?
9. ¿Qué es la «inducción magnética»? ¿Cuál es la unidaden el Sistema Internacional? ¿Cuál es la unidad en elSistema Cegesimal (CGS)?
10. ¿A qué se llama espiras por voltio N/V?
11. ¿Cómo definirías los ábacos que estamos utilizando?
12. ¿Puede un mismo transformador funcionar como elevador y como reductor? Razona la respuesta.
13. Investigapor qué se utiliza la chapa magnética de grano orientado para los núcleos de los transformadoresen relación con otro tipo de material.
Actividades de enseñanza-aprendizaje
14. Comprueba si se trata de un transformadorelevador o reductor.
• Objetivos:
- Comprobar -por medio de la medida de la resistencia óhmica de los circuitos eléctricos- cuál esel bobinado de mayor tensión y cuál el bobinadode menor tensión.
• Medios didácticos:
- Pequeño transformador de potencia o tensión.
- Óhmetro o polímetro digital.
• Procedimiento:
1.° Medir la resistencia óhmica de un bobinado.
2.° Medir la resistencia óhmica del otro bobinado.
Resistencia óhmica del babinado 1
Resistencia óhmica del bobinado 2
• Contesta:
a) Explica tu punto de vista en cuanto a los resultados de las medidas de resistencias óhmicas.
b) Por el resultado de la medida de las resistenciasóhmicas, indica el bobinado de mayor diámetrodel hilo y el de menor diómetro del hilo
c) Por el resultado de la medida de las resistenciasóhmicas, indica el bobinado de menor tensión yel de mayor tensión.
Columna central
Fig.3.23. Transformador acorazado y transformador de columnas.
lV
Columnas lateralesde sección mitad
a la central del núcleo
2V
Columna
Bobinado secundario
Culata
Culata
1U
Columna
Bobinodo->"primario
lV
Columnas lateralesde sección mitad
a la centraldel núcleo
Bobinadosecundario'<,
2U
- Bobinadora manual o automática.
- Devanadora.
- Manejar la bobinadora y la devanadora.
- Analizar cómo van colocados los aislantes entrecapas, entre bobinados y conductores a placa deconexiones.
- Bobinas de hilo esmaltado de diámetros en función de los cálculos realizados.
- Papel presspan y papel de poliéster.
• Procedimiento:
1.° Colocar un carrete en la bobinadora, con untaco de madera taladrado para el paso del ejede la bobinadora en el interior.
2.° Colocar una bobina en la devanadora y pasarel hilo por los rodillos tensores de ésta.
• Medios didácticos:
- Carrete del núcleo.
Bobinado,__l-(U>--+t_-+-.,LIprimario
Primario
3.° Desmontar los tornillos de apriete de las chapasmagnéticas.
4.° Desmontar las chapas que están introducidas enel carrete de los bobinados.
5.° Volver a montar el transformador.
6.° Repetir la práctica con un transformador de columnas.
1s. Comprueba el tipo de transformador por sunúcleo magnético.
• Objetivo:
- Identificar de forma práctica el tipo de núcleosmagnéticos.
• Medios didácticos:
- Transformador de pequeña potencia de núcleoacorazado.
- Transformador de pequeña potencia de núcleode columnas.
- Destornilladores, llaves hexagonales fijas, alicates universales, martillo de fibra.
• Procedimiento:
1.0 Desmontar los tornillos de la carcasa del transformador acorazado.
2.0 Desconectar los bobinados de la placa de conexiones.
• Contesta:
a) Comprueba el tipo de chapa, su espesor y el número de chapas.
b) Explica qué diferencias encuentras entre los tiposde chapas de cada transformador.
e) Compara físicamente los tipos de chapas.
d) Explica cómo creías que estaban montados lostransformadores.
e) ¿Qué conclusiones sacas de los montajes decada uno de los transformadores?
16. Montaje de los bobinados de un transformador.
• Objetivos:
- Conocer físicamente la colocación de los bobinados.
--------------------------_.._.._.~.._... _..... _-_.__.....-
3.° Colocar la devanadora frente al carrete para ini
ciar las vueltas de la primera capa.
4.° Entrecapas, colocar una banda separadora de
papel aislante fino (0,1 mm).
5.° Colocar una banda separadora de papel aislante entre el bobinado primario y el secundario, y otra en el cierre del bobinado secundario.
• Contesta:
al ¿Cuáles son las dificultadesencontradas en el bobinado del transformador?
bl ¿Por qué se coloca aislante entre capas?
el ¿Por qué se coloca aislante entre bobinados?
11. Cálculo de un transformador monofásico deforma teórica.
• Objetivos:
- Calcular un transformador monofásico de pequeña potencia mediante fórmulas.
- Manejar con soltura los ábacos estudiados.
- Desarrollar los conocimientos adquiridos en estaunidad.
- Percibir la posibilidad de calcular y construir untransformador en tu vida profesional.
• Datos:
- UI = 220 V (tensión del devanado primario).
- U2 = 125 V (tensión del devanado secundario).
- ~ = 11000 Gauss (1,1 Tesla).
- Sección del núcleo cuadrado (AJ
- L= 4 cm (lado del cuadrado).
- t ; 50 Hz (frecuencia).
- S = 2, 5 A/mm2 (densidad de corriente).
• Procedimiento:
1.° Se calculará la sección del núcleo cuadrado una
vez conocido un lado.
2.° Se calculará la potencia del transformador unavez conocida la sección del núcleo.
r Se calculará el número de espiras del primarioy del secundario una vez conocida la inducción
y los datos calculados.
4.° Se calcularán las intensidades una vez conocida la potencia y las tensiones del primario y del •secundario.
5.° Se calcularán las secciones de los hilos de cobre de los bobinados primario y secundariouna vez conocidas las intensidades respectivasy la densidad, que la conocemos para la potencia calculada.
• Contesta:
al Explica qué ventajas y qué inconvenientes tiene elcálculo de transformadores mediante fórmulas.
bl ¿Qué conclusiones sacas de la realización delcálculo del transformador mediante fórmulas?
el Comprueba qué diámetros comerciales debesponer en cada bobinado.
Fig. 3.24. Sección del núcleo a medir.
";i;nJ~olO" detr00 sformodores
La ausencia de pérdidas supone la inexistencia de resistencia e inductancia en los bobinados.
1------0
Fig. 4.2. Esquema de/transformador realen vacío.
'~
En la práctica, en un transformador en vacío conectado auna red eléctrica esto no es así. Las bobinas ofrecen unadeterminada resistencia al paso de la corriente eléctrica,provocando una caída de tensión que se deberá tener en
cuenta en ambos bobinados (R, y RJ
Igualmente, el flujo magnético que se origina en el bobinado primario no se cierra en su totalidad con el secundarioa través del núcleo magnético, sino que una parte de esteflujo atraviesa el aislante y se cierra a través del aire.
Ambas bobinas no se enlazan por el mismo flujo, la pérdida de fluio magnético se traduce en la llamada inductanda de dispersión (Xd); por lo tanto, a la hora deanalizar las pérdidas del transformador se han de tener encuenta estas particularidades (véase la Figura 4.2).
.1 B. Pérdidas en trans/orm aciónNinguna máquina trabaja sin producir pérdidas de poten'cíe, ya sea estática o dinámica; ahora bien, las pérdidas enlas máquinas estáticas son muy pequeñas, como le sucedea los transformadores.
En un transformador se producen las siguientes pérdidas:
• Pérdidas por corriente de Foucault (p/• Pérdidas por histéresis (PH) .
• Pérdidas en el cobre del bobinado (Peu)'
Las pérdidas por corriente de Foucault (PF) y por histéresis(PH) son las llamadas pérdidas en el hierro (PFe) .
Cuando un transformador está en vacío, la potencia quemedimos en un transformador con el circuitoabierto se cornpone de la potencia perdida en el circuito magnético y laperdida en el cobre de los bobinados.
Al ser nula la intensidad en el secundario (/2 = O), no aparece en él pérdida de potencia; por otra parte, al ser muypequeña la intensidad del primario en vacío (Jo) con' res-
u,e, IN, N,
L -' : : 1------0'I 'I', ~-----_._-------~ I
------ -_._------ --~
.' ~'.':!%!':,',~'.',','"1 I , ¡
U,¡o------t---.,;.', , :.-1--------0'
Como hemos visto anteriormente, el transformador está basado en que la energía se puede transportar eficazmentepor inducción electromagnética desde una bobina a otrapor medio de un flujo variable, con un mismo circuito magnético yola misma frecuencia.
La potencia nominal o aparente de un transformador es lapotencia máxima que puede proporcionar sin que se produzca un calentamiento en régimen de trabajo.
Debido a las pérdidas que se producen en los bobinados porel efectoJoule y en el hierro por histéresis y por corrientes deFoucault, el transformador deberá soportar todas las pérdidasmás la potencia nominal para la que ha sido proyectado.
Un transformador podrá entonces trabajar permanentemente y en condiciones nominales de potencia, tensión,corriente y frecuencia, sin peligro de deterioro por sobrecalentamiento o de envejecimiento de conductores y aislantes.
Fig. 4.1. TransFormador idealen vacío.
a111 A. De/iniciónSe puede considerar un transformador ideal aquel enel que no existe ningún tipo de pérdida, ni magnética nieléctrica.
Como podemos observar en la Figura 4.1, en el transformador ideal no hay dispersión de flujo magnético, por loque el flujose cierra íntegramente sin ningún tipo de dificultad. Las tensiones cambian de valor sin producirse ningunacaída de tensión, puesto que no se producen resistencias enlos bobinados primario y secundario.
g hnnsformador en yod~
Fig. 4.3. Flujo principal y de dispersión de un transformador en vacío.
pecto a la intensidad en carga /2M las pérdidas que se originan en el cobre del bobinado primario resultan práctica
mente insigniFicantes.
Macizo
Chapas apiladas
Corriente inducida de valarelevada. Pérdidas W, altas
Variascorrientes inducidasde valar reducido. Pérdidas
W, muy pequeños
Tabla 4.1. Características para la determinación de las pérdidas de potencia (W/kg).
Fig. 4.4. Núcleos magnéticos.
la misma inducción y la misma Frecuencia oscilan entre 0,8
y 1,4 W/kg.
la Tabla 4.1 indica las características de construcción, losvalores magnéticos y la composición química para la determinación de las pérdidas de potencia en el hierro en Función del espesor, la aleación y la inducción.
Para el cálculo de las pérdidas en el hierro por las corrientes de Foucault recurriremos a la Fórmula 4.1, que indicaque las pérdidas en el hierro son proporcionales al cuadrado de la inducción y al cuadrado de la frecuencia.
u,
<1>,
//, '"",, - -, - - /, - O,-- - --
<I>d, <I>d, ty.·~-~---'·K
u,trv
.1 L Pérdidal en el hierro (PIe)las pérdidas de potencia en el hierro (PFe) en un transFormador en vacío se producen por las corrientes de Foucault(PF) y por el Fenómeno de histéresis (PH) .
Para reducir la pérdida de energía, y la consiguiente pérdida de potencia, es necesario que los núcleos que estánbajo un Rujo variable no sean macizos; deberán estar construidos con chapas magnéticas de espesores mínimos, apiladas y aisladas entre sí.
la corriente eléctrica, al no poder circular de unas chapasa otras, tiene que hacerlo independientemente en cada unade ellas, con lo que se induce menos corriente y disminuyela potencia perdida por corrientes de Foucault. En la Figura 4.4 podemos observar cómo circula la corriente por ambos núcleos magnéticos.
las corrientes de Foucault se producen en cualquiermaterial conductor cuando se encuentra sometido a una variación del Flujo magnético.
Como los materiales magnéticos son buenos conductoreseléctricos, en los núcleos magnéticos de los transFormadores se genera una fuerza electromotriz inducida que origina corriente de circulación en los mismos, lo que da lugara pérdidas de energía por efecto Joule.
las pérdidas por corrientes parásitas o de Foucault dependerán del material del que esté constituido el núcleo magnético.
-- Para el tipo de chapa magnética de una inducción de 1 Tesla o 10000 Gauss, trabajando a una frecuencia de 50 Hzde laminado en frío de grano orientado, las pérdidas en elnúcleo se estiman entre 0,3 W/kg y 0,5 W/kg, mientrasque las pérdidas de la chapa de laminado en caliente para
Fórmula 4.1
2 2 . f2 . ~ 2. 1:12P
F= f max
1011
Donde:
PF = pérdidas por corrientes de Foucault en W/kg
f= frecuencia en Hz
La histéresis magnética es el fenómeno que se produce cuando la imantación de los materiales ferromagnéticosno sólo depende del valor del Rujo, sino también de los estados magnéticos anteriores. En el caso de los transformadores, al someter el material magnético a un flujo variablese produce una imantación que se mantiene al cesar el flujo variable, lo que provoca una pérdida de energía que sejustifica en forma de calor.
~mQX = inducción máxima en Gauss
¿j = espesor de la chapa magnética en mm
De la fórmula anterior se deduce que el cambio de frecuencia de 50 a 60 Hz, por ejemplo, hace que aumentenlas pérdidas en el transformador.
A Comienzo del ciclode imanaciónque, 01 aumentar lo intensidad,llega o F
D Extremo del ciclo a máxima intensidad negativa
CFEDC Área de histéresis
AC = Hc Fuerza campo coercitiva
AB = Br Magnetismo remanente
F
Fig. 4.5. Ciclo de hisreresis.
+H~------"+'-'-f-+---i>-
+~
Fórmula 4.2
La potencia perdida por histéresis depende esencialmentedel tipo de material; también puede depender de la frecuencia, pero como la frecuencia en una misma zona o paíssiempre es la misma, la inducción magnética dependerá deltipo de chapa. A través de la fórmula de Steinmetz(Fórmula 4.2) se determinarán las pérdidas por histéresis.
El coeficiente de chapa oscila entre 0,0015 y 0,003, aunque baja hasta 0,007 en hierro de muy buena calidad.
=2,2.502.100002
1011
(010 próltilo 1
= 2,2.2500.108.0,122 = 73W/k1011 0,6 g
2 2 . f2 . R 2. 1:12P I tJmaxF = 1011
Tenemos un transformador que trabaja a una frecuencia de 50 Hz, con una chapa magnética que tiene unespesor de 0,35 mm y una inducción magnética de1 Tesla o 1O000 Gauss. Lo vamos a conectar a una redde 60 Hz de frecuencia. ¿Cuáles serán las pérdidas enel hierro conectado a la red de 50 Hz? ¿Cuáles seránlas pérdidas en el hierro conectado a la red de 60 HZ?
Si aplicamos la Fórmula 4.1 , para una frecuencia de50 Hz serán:
Para una frecuencia de 60 Hz, será:
Donde:
2,2.602.100002.0,35
=1011
Kh = coeficiente de cada material
F= frecuencia en Hz2,2.3600.108.0,122
= 970W/k10" O, g
Esto indica que cuanto mayor sea la frecuencia, mayores serán las pérdidas por corrientes de Foucault.
~mnx = inducción máxima en Tesla
PH = pérdida por histéresis en W/kg
n = 1,6 para ~ < 1 Tesla (104 Gauss)
~= 2 para ~ > 1 Tesla (1 04 Gauss)
+~ (010 próltilo l
Calcula la potencia perdida en el hierro.
Comenzaremos calculando la potencia perdida porFoucault.
Tenemos un transformador conectado a una red de 50Hz de frecuencia con una chapa magnética de 0,9 Tesla (9000 Gauss) de inducción. El peso del núcleo deltransformador es de 12 kg. El espesor de la chapa delnúcleo es de 0,35 mm y el coeficiente de histéresis es0,002.
-H
1 Hierro dulce2 Acero templado
1 Área de pérdidas para hierro dulce
2 Área de pérdidas para ace-ra templado
A igual magnetismo remanente(AS), el acero templado tienemayor fuerza coercitiva (CA)que el hierro dulce (CA)
2,2 . f2 . ~2 . elPF = 103 =
2,2.502.0,92.0,352
103 =
Fig. 4.6. Ciclo de histéresis de dos materiales diferentes.
Tenemos un transformador que trabaja a una frecuencia de 50 Hz, con una chapa magnética de una inducción de 1,2 Tesla (12000 Gaussl, conectado a unared de 50 Hz de frecuencia. El peso del núcleo deltransformador es de 3 kg. ¿Cuáles serán las pérdidaspor histéresisdel núcleo magnético?
Si aplicamos la Fórmula 4.2 de Steinmetz y el coeficiente de histéresis tiene un valor de 0,002, la potencia perdida en el núcleo por histéresis será:
PH=Kh • f· ~':;ax =0,002 . 50 . 1,22 =0,144 W/kg
Por lo tanto, la pérdida por histéresis del núcleo será:
PHT=Pw peso del hierro =0,144·3 =0,432 W
las pérdidas de potencia en el hierro (PF. ) o en el núcleomagnético son la suma correspondiente a las pérdidaspor Foucault (PF) y por histéresis (PH), como indica la si-
g' guiente fórmula:
Fórmula 4.3
2,2·2500·0,81·0,122 _ /k103 - 0,545 W g
las pérdidas totales por Foucault serán:
PFf =PF • peso del núcleo =
= 0,545·12 = 6,54 W
las pérdidas por histéresis serán:
PH =Kh • f· ~n =0,002 . 50 . 0,91,6 =
=0,002 . 50 . 0,844866 =0,0844 W/kg
las pérdidas totales por histéresis serán:
PHT=Pw peso del hierro =0,084 . 12 =1,01 W
Para las pérdidas totales en el núcleo magnético, recurriremos a la Fórmula 4.3:
PFe =PF + PH =6,54 + 1,01 =7,55 W
No obstante, las pérdidas en el hierro se pueden determinar midiendo la potencia consumida por el transformadoren vacío mediante vatímetro, como podremos comprobaren el ensayo correspondiente, que recibe el nombre de ensayo en vacío.
IIIlnsou en vadoEl ensayo en vacío proporciona, a través de las medidas detensión, intensidad y potencia en el bobinado primario, los
valores directos de la potencia perdida en el hierro, y deja
abierto el bobinado secundario. Por lo tanto, este bobina
do no será recorrido por ninguna intensidad, y no se ten
drán en cuenta los ínfimos valores de las pérdidas en el co
bre para este ensayo.
Los principales datos que hay que determinar en el ensayo
en vacío son:
o Las pérdidas en el hierro a través de la lectura del
vatímetro (W,)en el bobinado primario, entendiendo que
la PIDes la potencia medida en el vatímetro (W1) .
o La intensidad en vacío del primario a través del ampe
rímetro (Ad.
o La relación de transformación (m):
U1nm=--(ho
También podemos calcular, con la ayuda de los resultados:
o La impedancia (Z):
o La potencia aparente en vacío (S,arJ;
o El ángulo de desfase (<p) o factor de potencia de
vacío:
PlOcos <p=-s;
En vacío, el coseno de <P1O coincide aproximadamente con
el cos <Pzo [ces <P1O '" cos <Pzo).
G Fuente de alimentación de corriente alterno reguloble(outotransformador regulable)
Fig. 4.7. Esquema eléctrico del ensayode un transformador en vacío.
(010 próctico 4
Calcula la potenciaaparente y el factorde potencia en va
cíode un transformador partiendo de lossiguientes datos:
Con los resultados obtenidos podemos calcular:
o La relación de transformación (m).
o La potencia activa en vacío (PlO) .
o La impedancia (Z).
o La potencia aparente (S,ap).
o El ángulo de desfase <P entre la tensión y la intensi
dad de corriente.
En el ensayo en vacío, al estar abierto el bobinado secundario, no circula ninguna intensidad por éste, loque
permite que las tensiones primarias y secundarias seanexactas a las previstas en cada bobinado. Por lo tanto:
m = U1n = 380 =3 04UZn 125 '
La potencia perdida que hemos medido con el vatímetro en el bobinado primario del transformador en vacío
corresponde a las pérdidas en el hierro y en el cobre.
PlO = 2,2 W
La potencia perdida en el cobre se puede calcular mediante la resistencia del bobinado y el cuadrado de la
intensidad del primario (l1D)2.
La resistencia del cobre medido con un óhmetro nos da2,4 Q; la potencia del cobre será:
p,"= R," . (110)2 = 2,4 . 0,0812 = 0,0015 W
Este resultado indica que la potencia que se pierde porel cobredel bobinadosepuede despreciar conrespecto
a las pérdidas en el núcleo por las corrientes de Foucault y por el fenómeno de histéresis, en cualquier en
sayo en vacío.
La impedancia se determinará conocida la tensión y la
intensidad del primario:
z= U1n = 380 =4691 Q/10 0,081
La potencia aparente se determinará conocida la tensión y la intensidad del primario:
S,ap = U1n . /1 = 380 . 0,081 = 30,78 VA
El ángulo de desfase <p entre la tensión y la intensidadde corriente.
PIO 22cos <p = - = ' = °0714
S,ap 30,78 r
Hay que tener en cuenta algunas consideraciones cuandose producen pérdidas en el hierro o en vacío de un transformador; estas pérdidas tienen bastante importancia durante su explotación, ya que por ella misma provoca un consumo de energía incluso cuando el transformador no tieneconsumo.
En los momentos que no tiene consumo exterior, esta energía deberá ser abonada por el usuario, debido a que loscontadores de energía se conectan siempre en los primariosde los transformadores de los centros de transformación.
También se ha comprobado que las pérdidas en el hierroson aproximadamente proporcionales al cuadrado de la inducción, por lo que al usuario le interesan inducciones bajas; pero el interés de los constructores de transformadoreses dar un valor tan elevado como puedan.
-- Tabla 4.2. Cuadro de valares para la realización del ensayo.
Para realizar el ensayo de un transformador, deberemos seguir un determinado orden, que puede ser éste:
1.° Determinar las características del transformador.
2.° Exponer los objetivos del ensayo.
3.° Diseñar el esquema de montaje del ensayo (puede sercomo el de la Figura 4.7) y realizar loscálculos previos.
4.° Procederemos a localizar los aparatos de medidas necesarios para realizar todas las medidas que el ensayorequiere, y un autotransformador regulable para disponer de diferentes valores de las tensiones. Para esorecurrimosal esquema de montaje que tenemos en la Fi
gura 4.7.
5.° Realizaremos el montaje de los elementos que requieren el ensayo según el esquema de montaje.
6.° Procederemos a realizar las medidas pertinentes, ano'tando en un cuadro de valores todos los datos que losaparatos de medidas nos vayan aportando, como indica el protocolo de ensayos.
7.° Cotejaremos losdatos obtenidos con loscálculos previos,procederemos a determinar la potencia perdida yredactaremos las conclusiones.
Denominaremos protocolo de ensayo al documentoque recoge el proceso que hemos expuesto anteriormente.Este protocolo se realiza también con los ensayos del transformador en carga y en cortocircuito, como veremos más
adelante.
IIJ Transformador en urtuiruitoEn los transformadores, al igual que en cualquier dispositivo eléctrico, se producen pérdidas de potencia; una partede éstas se producen ya en vacío y se mantienen constantes e invariables en carga.
v~=o
Fig. 4.8. Circuito equivalente de resistencias e inductancias de un transformador en cortacircuito.
Características del transformador
Objetivos del ensayo Determinar las pérdidas en el hierro
Esquema de montaje
Instrumentos de medidasy regulación a utilizar
Tabla de valores
de las medidas realizadas I-----t--------+-~-.-.----t----.-!f-------+--.----¡_-.-.-----,a diferentes valoresde la tensión
Cálculos definitivosde la potencia perdida
, en el hierro
l __~ J~_ ~ __.Tabla 4.3. Ficha parael protocolo de ensayo de un transformador.
i---"--_._------_.----- -~-----_._--~._----~~--,
la otra parte de las pérdidas de potencia se producen enlos conductores de los bobinados primario y secundario, sometidos a la intensidad nominal. Se denominan pérdidasRP debidas al cobre {PevJ.
las pérdidasde potencia en el cobre (Peol se determinan mediante el ensayo en cortocircuito.
En el ensayo en cortocircuito, comolas intensidades son nominales, se producen pérdidas en el cobre por efectoJoulesimilares a las que se dan cuando el transformadorestá encarga; se diferencian en el rendimiento cuando el índice decarga es menorque la unidad.
Fig. 4.10. Esquema de montaie paraelensayoen'cortacircuito de un transFormador.
las pérdidas en el cobre se calculan mediante:
Peu = R, . 1,; + R2 • 12;
lID Inso,o en urtO(irnitoCon elensayoen cortocircuito, conseguimos las intensidadesnominales en los dos bobinados, aplicando una pequeñatensión al primario y cortocircuitando el secundario con unamperímetro (el amperímetro tiene una resistencia prácticamentenula), como se muestra en las figuras 4.9 y 4.10.
En muchos ensayosen vacío, la lec supera el 25%de la intensidad nominal (lnl.
Autotransformadorregulable
t'\."1
~~
.1 A. Pérdidas en mto(ir¡uitoEstas pérdidas se determinan directamente con el vatímetroconectado en el primario, que corresponde a la potenciaen cortocircuito {Pcc} (véase la Figura 4.9).
--
Fig. 4.9. Esquema de montaie de un transformador en cortacircuito.
El procedimiento es el siguiente:
Con un autotransformador regulabley comenzando desdecero, aplicamos progresivamente la tensión, que se incrementa voltio a voltio, hasta conseguir las intensidades nominales en los dos bobinados.
la tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibeel nombrede tensión de cortocircuito {UeJ Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la tensión nominal aplicada al transformadorcuando está en carga.
En la práctica, la U" se da en valores porcentuales oscila entre un 4 %y un 10% de la tensión nominal Uln• En transformadores de distribución, la tensión nominal se representocon la letra u minúscula seguida de cc, que indica el valoren cortocircuito {U,,}, así como en las demás magnitudes,comoson las impedancias, las inductancias, etc.
100u" = U" .-- (en%)u;
Queremosconocer las pérdidas de potencia en los bobinados primario y secundario de un transformador.Para elloconectamos el secundario en cortocircuito; elamperímetro del secundario nos mide una intensidadde 6 A y 2 A en el amperímetro del primario. Midiendo las resistencias de los bobinados con un polímetrodigital, tenemos como R¡ una resistencia de 0,85 Q, YR2, una resistencia de 1,4 Q.
+ 1,4 . 2 =5,1 + 2,8 =7,9 W
Tabla 4.4. Tabla de valores para el ensayo en cortocircuito de untransformador.
•
., B. Reliltwia¡, indullan(ial eimpedan(ia¡en (orto(inuilo
Los valores de la resistencia (R,J, de la inductacia (X,,), y dela impedancia (l,,) de los circuitos en el ensayo en cortocircuito se obtendrán mediante:
• Resistencia:
• Inductancia:
• Impedancia:
Donde:
También:
Por lo tanto la corriente de cortocircuito siempre dependerá de las resistencias de sus bobinados y de las inductanciasde dispersión provocadas por los mismos.
mI L la intmidad de (orto(inuitoLa intensidad en cortocircuito (Ice) se obtieneasí:
Dadoque no se conoce la tensión del secundario, se obtiene sustituyendo la tensión del secundario (U2) por su valoren la expresión de la relación de transformación, siendo:
., D. !I/allor de potwia de m!o(inuitoUna vez obtenidos los datos en el ensayo (la potencia y latensión de cortocircuito), el cosenode <p será:
P"cos <p" = U . I
" 1"
IIJ Rendimiento del transformadorEl rendimiento del transformador se define comolarelación entre la potencia cedida al exterior de la máquinapor el bobinado secundario y la potenciaabsorbida por elbobinado primario:
Para determinar el rendimiento de un transformador, podemos seguir el método directo, es decir, medir lapotencia del primario con un vatímetro y la del secundariocon otro, de forma que el rendimiento vendrá determinadopor el cociente que resulta entre ellos, como se expone enla fórmula anterior, en tanto por uno y en tanto por cien,comose indicaa continuación:
W2 )7)=-·100 (en%W¡
Este resultado puedeimpedirnos calcular el rendimiento, debido a que el error de medida de losvoltímetros es mayorque la pequeña diferencia entre P2 y PI'
Con el método indirecto podemos determinar el rendimiento a través del cociente que resulta de la potenciaqueel transformador cede el exterior y la potencia absorbidapor el transformador, sumándole las pérdidas en el cobre ylas pérdidas en el hierro.
La refrigeración en los transformadores se produce de diferentes maneras debido al tipo de construcción, a la potencia, al medio ambiente donde se encuentre, etc.
Los transformadores de pequeña potencia se suelen refrigerar mediante la expulsión del aire caliente directamentea la atmósfera. El calentamiento en el transformador se produce por las pérdidas de energía eléctrica.
En los transformadores secos, el escaso efecto refrigerantedel aire no es suficiente para su refrigeración natural, por
3
4
5
6
7..8
lo que son construidos con gran superficie de evacuación de
erre,
Estánormalizado que los transformadores trabajen de forma
permanente en régimen nominal y a una altitud de 1 000
metros; el calentamiento medio no debe superar los 65°C
a temperatura ambiente, admitiendo 40°C como tempera
tura máxima del ambiente.
_____ 4
;.--- 6
"t---- 2
[;..----3
t--- 5
...-__ 8
7
Núcleode tres columnas construido a base de chapasmagnéticasde granoorientado de bajas pérdidasaisladaspor amboslados.
2 Arrollamiento de baja tensión construido con banda de aluminio; las espirasestánfijamentepegadas entre sí mediantematerial aislante laminado.
Arrollamiento de altatensión a base de bobinas individuales dealuminio. bobinados en fleje; la resina se trata en vado.
Terminales de bajatensión;arriba. por el lado posterior. yabajo. mediante consulta.
Terminales de alta tensión: disposición variable para optimizarel diseñodel C.T.
Separadores elásticos: eliminacióndevibracionesentre núcleoy devanados. lo que reduce el ruido.
Armazón y chasiscon ruedas orientables para desplazamiento longitudinal y transversal.
Aislamiento de resinaepoxy/cuarzo molido exentode mantenimiento. seguro contra la humedady tropicalizado, de difícilcombustión y autoextinguible.
Fig. 4.11. Transformador trifásico seco.
• Medido de temperaturaSe utilizan varios métodos para medir la temperatura en el
transformador:
• Método por termómetro.
• Método por variación de resistencias de los bobinados.
• Método por detectores internos de temperatura .
• 1 A. !! método por termómetroConsiste en tomar la temperatura en el aceite refrigerante y
sobre el núcleo a aquellos transformadores que tienen cuba
de aceite.
A los transformadores secos se les toma en el núcleo, en
otras partes metálicas y en el bobinado, si se tiene acceso
a él, mediante unas sondas específicas para cada punto de
contacto que se introducen en la parte del transformador
que vayamos a medir, y se conecta a un termómetro digi
tal, como el de la Figura 4.12.
al B. 11 método nr yario(ión de mjltWialConsiste en medir las resistencias en frío, y después de un
tiempo estipulado de aproximadamente cuatro horas, una
vez que el transformador está funcionando en régimen no
minal, volver a medir las resistencias de los bobinados y
calcular la variación de temperatura en función de la dife
rencia de resistencias en los mismos.
.1 L 11 método par detWom intmol de temperaturaConsiste en introducir, durante la construcción del transfor
mador, unos sensores de temperatura (termorresistores) que
actúan en forma de señal al detectar la temperatura que se
les ha marcado.
-----~
Fig. 4.12. Termómetro digital con sondode temperatura.
Tabla 4.5. Medida de aislamiento en unamáquina eléctrica.
• Medida de rigidez dieléUri(o
! Transfor- entre 500 I primario I!~Imador,. Iy 1000 I y masa I ! I
monoiásico I I IL- ..__+_.. ~--t ...._-.J
l~;~~~~~_L~~;~:s~a~oL I I1entre 500 I primario y l .. '1! y 1000 secundario i I i, _'--__~__~_,. l
Lo rigidez dieléctrico es lo tensión por unidad de espesorque aguanto el aislante sin perforarse. Se expreso enkV/cm.
Lo medido de aislamiento consiste en verificar el total aislamiento de los circuitos eléctricos del transformador entresí, y entre éstos y los portes metálicos del transformador.
Un aislamiento defectuoso no detectado por el comprobador de continuidad puede provocar cortocircuitoen el transformador y generar mayores problemas en el funcionamiento, además de poner en peligro o los personas queestén cerco de éstos. Para ello se utilizo un aparato de medido llamado «medidor de aislamiento» o megóhmetro.
El ensayo consiste en medir entre masas y los bobinadosuno tensión entre 500 y 1000 voltios en corriente continuosuministrado por el medidor de aislamiento (megger).
Para que lo resistencia de aislamiento cumplo los límitesestablecidos por el Comité Electrotécnico Internacional, el volar mínimo será:
111 lA edida deoi~ loro ¡en to
Esto no es suficientepara que el aislante seo adecuado o lotensión de funcionamiento, yo que existen muchos factoresque pueden complicar el aislamiento, como, por ejemplo,lo humedad, el envejecimiento, el calentamiento excesivo, etc. Para ello se establecen unos normas que deben respetarse paro el buen funcionamiento de lo máquina.
Lo rigidez dieléctrico depende de lo naturaleza del aislante, y la tensión que éste puede soportar es el producto de lorigidez dieléctrica por el espesor.
u= tensión más elevado de lo máquina en voltios
Ra¡, = resistencia de aislamiento en M Q con un mínimo de250000MQ
Donde:
Fig.4.14. Dibu¡o del medidor de rigidez dieléctrica.
Fig. 4.13. Medidor deaislamiento can megóhmetro.
Lo medido se realizo entre codo uno de los bobinados ymaso, y entre los bobinados. Se le irá sometiendo pro-
gresivamente durante un minuto a una tensión igual a2 Un + 1000 V a 50 Hz, sin superar la tensión máximade 1500 V.
2 Un++ 1OOO,,¡;,,¡; 1500
primarioy secundario
la posibilidad de cubrir esa necesidad acoplandodos o mástransformadores en paralelo.
Para que esto sea posible, deben darse las siguientes condiciones:
• Igual relación de transformación.
• Iguales tensiones de cortocircuito.
• Misma conexión a la red.
la potencia nominal no debe ser superior al doble de lapotencia del otro transformador.
~¡~n1U @.2 $~@u¡rd~d
en el taller de ensoyO~
Tabla 4.6 Medida de rigidez dieléctrica en unamáquina eléctrica.
ID Auplomiento en poralelode transformadores monofósius
Cuando tenemos una demanda de potencia mayor que laque podemos suministrar mediante un transformador, cabe
• Conectarsiemprea tierra la estructura metálica del transformador que se vaya a ensayar.
• En el ensayo en cortocircuito, poner mucha atención a latensión que se le proporciona progresivamente al bobinado primario, y no exceder nunca la intensidad nominaldel primarioo del secundario.
• En el ensayo de aislamiento, comprobar que los bornesdel transformador están desconectados de la red eléctrica.
-~----~._~---=~-~------
V,= 125Vr---
J",( v'\ 2./)
"---_T
/10 =0'05 APlO = 1'8 W R"= 1'40 n
a) Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en lasmediciones, calcula: la relación de transformación,la potencia activa en vacío (potencia perdida), laimpedancia (Z) y la potencia aparente (S,,,}
b) Determina el ángulo de desfase (p entre la tensión y la intensidad de corriente,
e) Contrasta las pérdidas de potencia por Foucoult
y por histéresis.
d) Comprueba las pérdidas totoles en el hierro.
Resultados de las medidas:
- Un vatímetro.
- Un amperímetro.
• Procedimiento:
1.° Mediremos la tensión del bobinado primario UI
con el voltímetro VI'
2.° Mediremos la intensidad de corriente del bobinado primario 110 con el amperímetro Al.
3.° Mediremos la potenciaactiva PIOcon el vatímetro conectadoal bobinado primario.
el, =220V
Fig. 4.15. Esquema del transformadar en vacía.
- Efectuar el montaje real de un ensayo en vacío.
• Datos:
2. ¿Qué se determina conelensayo de un transformadoren vacío?
- Un autotransformador regulable de tensión.
- Dos voltímetros
- Un transformador monofásico de pequeña potencia.
- Calcular la potencia en vacío de un transformador conectado a una red de 220 V. Para ello procederemos a realizar las medidas necesarias conlos aparatos correspondientes.
• Medios didácticos:
Autoevaluadón
1. ¿Cómo se expresaría que un transformador se encuentraen vacío?
3. ¿Qué son pérdidasen el hierro?
4. ¿Cuál será la potencia perdida en el hierro por Foucaulten untransformador con una inducción de 1 Tesla (10000 Gauss) y un espesor de la chapa magnética de 0,35 mm, conectada a una red con unafrecuencia de 50 Hz?
5. ¿Qué son pérdidasen el cobre?
6. ¿Qué se determina con el ensayo en cortocircuito?
1. ¿Cuál será la potencia perdida en el cobre?
8. Define y demuestra el rendimiento de un transformador.
9. Calcula la resistencia de aislamiento de un transformador de 380 V en el primario y 220 V en el secundario. La potencia es de 30 kVA.
10. Cita y explica los métodos para el cálculo del rendimiento de un transformador.
!L\dividades de enseñanza-aprendizaje
11. Ensayo de un transformador en vacío.
• Objetivos:
- Determinar las pérdidas de un transformador envacío.
• Datos:
• Medios didácticos:
- Transformador monofásico.
2.° Conectamos el megóhmetro entre el bobinadoprimario y la carcasa metálica del transformador.
2.° Tomaremos los datos de la medida de los amperímetros del primario Al y del secundario
A2•
3.° Tomaremos los datos de la potencia activa conel vatímetro conectado al bobinado primario.
1.° Desconectamos los bobinados primario y secundario de la red y de la carga, respectivamente.
f--~-I---~-~- 1
i Iln . Vee i Pec ii.;------~-,--------~___1, .
::
4.° En el transformador ensayado, obtenemos el resultado para la tensión en cortocircuito. La tensión en cortocircuito es de gran importanciapara el cálculo de la impedancia interna Z deltransformador, de la potencia perdida en el cobre Peu ,de los bobinados, del factor de potencia <p y de la intensidad en cortocircuito lec. Porlo tanto, a partir de estos valores podríamos
determinar el cos <Pec'
- Manejar el medidor de aislamiento o megohmetro (megger).
• Medios didácticos:
- Medidor de aislamiento.
• Procedimiento:
• Contesta:
a) Determina las pérdidas en el cobre.
b) Determina la tensión de cortocircuito de un transformador.
13. Medida de aislamiento del transformador.
• Objetivo:
- Verificar si el transformador cumple la normativa sobre aislamiento.
~~)
- Tenemosun transformador de tensión nominal enel primario de 220 V y queremos conocer la tensión en cortocircuito (en %), por lo que hemos derealizar el montaje requerido como indica la Figura 4.16.
1.° Aplicaremos tensión de forma progresiva y devoltio en voltio hasta conseguir en el bobinadoprimario o en el secundario la intensidad nominal medida por los amperímetros correspondientes.
- Conocer el montaje real de un ensayo en cortocircuito.
- Un transformador monofásico de pequeña potencia.
- Un autotransformador regulable de tensión.
- Un voltímetro.
Conocer la tensión de cortocircuito (en %).
- Dos amperímetros.
- Un vatímetro.
• Objetivos:
Conocer las conclusiones del ensayo de transformador en cortocircuito.
12. Ensayo de un transformador en cortocircuito.
• Procedimiento:
Fig. 4.16. Esquema del transformador en cortocircuito.
Autotransformadorregulable
11.I----------.l-----.,----.l-------'
3.° Conectamos el megohmetro entre el bobinado
secundario y la carcasa metálica del transfor
mador.
4.° Conectamos el megohmetro entre el bobinado
primario y el secundario.
• Datos:
Transfor- Ientre500 I primario ¡Infinito(=)1 !mador lyl000 lymasa I ¡ 1
monofásico, L i I ¡i ¡------- -~ --1------1---- - - ¡i entre500 I secundario ¡Infinito(=)jl iI !y10oo i y masa I J
li--- -- -l~ntre 500T;~~ri~~l~~:ito ~)¡-----I! 1 y 1000 I secundario 1 I !
Tabla 4.7. Medida de medidas de aislamiento en una máquina eléctrica.
El resultado obtenido en la medida de aislamien
to por el medidor de aislamiento es infinito en cada
una de las medidas, como indica el cuadro anterior.
• Contesta:
al Comprobar mediante fórmula si el resultado estádentro de los límites normalizados.
14. Medida de rigidez dieléctrica en sólido.
• Objetivos:
- Comprobar la posibilidad de perforación de unaislante.
- Estudiar el concepto de «rigidez dieléctrica».
• Medios didácticos:
- Transformador monofásico.
- Medidor de rigidez dieléctrica (chispómetro).
• Procedimiento:
1.° Identificar la tensión mayor a la que trabaja eltransformador.
2.° Conectar el medidor de rigidez dieléctrica a un
borne del primario yola carcasa metálica deltransformador; aumentar progresivamente el va
lor de la tensión de rigidez dieléctrica hasta lle
gar a 1500 voltios durante un minuto.
3.° Conectar el medidor de rigidez dieléctrica a unborne del secundario yola carcasa metálica del
transformador; aumentar progresivamente el va
lor de la tensión de rigidez dieléctrica hasta lle
gar a 1500 voltios durante un minuto.
4.° Conectar el medidor de rigidez dieléctrica a un
borne del primario y a otro borne del secundario
del transformador; aumentar progresivamente elvalor de la tensión de rigidez dieléctrica hasta lle
gar a 1 500voltios durante un minuto.
\2 Un +mador i+ 1000 ""monofásico I "" 1500 I !
¡;-~~:---~:C~nd~riot--~-- -1----I t '! + 1000 "" ! Ymasa 11"" 1 500 I IL_,-------r-~---¡----~~-~--
I2 Un + i primario I • ¡¡ 1 ¡I+ 1000 "" I y secun- ~
L_. ._l-=-.~~~~_ .._~~i~__._..L. ._..••_ ...• • __ . __
(·1 No se ha disparado el medidor de rigidez dieléctrica.
fuble ·'~!-.G. Medida de rigidez dieléctrica en unamáquina eléctrica.
• Contesta:
al Comprueba mediante fórmula si el resultado dela medida está dentro de lo normalizado.
bl Identifica una perforación provocada.
In a~
nlt~ (on 11 j ~'~]lm
!1IlnrlNHj~Jl fa !t} 1¡3Uiu502 (Drrl,nle {~n¡¡n~u (H)
Las máquinas rotativas de corriente continua se cla
sifican en generadores (dinamos) y en motores eléctricos
de ce. Son máquinas reversibles, es decir:
• El motor convierte la energía eléctrica en mecánica.
• El generador o dinamo convierte la energía mecánica
en energía eléctrica en forma de corriente continua.
Su movimiento es rotativo, por lo que su principio de fun
cionamiento está basado en los principios de inducción y
par electromagnético.
En el generador, el movimiento giratorio es suminis
trado por una fuente de energía mecánica exterior aplica
da al eje; de esta forma conseguimos en el interior de la
máquina un movimiento entre los conductores y el campo
magnético de la misma, produciéndose una energía eléc
trica que obtenemos de los bornes.
En el motor, al contrario que en el generador, se suminis
tra en bornes la energía eléctrica a los conductores y al
campo magnético de la máquina, con el fin de provocar
un movimiento giratorio y, por lo tanto, producir una ener
gía mecánica.
Tanto en el caso del generador como del motor, la relación
entre un campo magnético y los conductores de la máqui
na nos lleva al punto de partida del principio de funcio
naumiento de una máquina eléctrica de corriente continua,
basado en la inducción electromagnética.
Podemos observar en la perspectiva de la máquina de la
Figura 5.1 las partes detalladas de una máquina de co
rriente continua. En estas máquinas, el circuito inductor y el
circuito inducido están muy diferenciados tanto en la ubi
cación dentro de la máquina como en las funcionesde cada
una de las partes.
Fig. 5.2. Aspectoexteriorde una máquinade corriente continua.
hiU!ljjj ~~! (iTnií~ i~~~OC~H
:h !a~ móuin~$ de uH¡nt:~
(ntiuo
Fig. 5.1. Partes esenciales de una máquina de corriente continua.
Bobinododel inducido
Bobinadoauxiliaro deconmutación-,
Bobinado de excitación
Corease o culata
Núcleo polarde un polo inductor
Pieza polarde un polo auxiliaro de conmutación
Núcleopolarde un polo auxiliaro de conmutación
Escobilla polo negativo
Las partes de una máquina eléctrica (bobinados, masas
polares, etc.) cuya función es producir la corriente de ex
citación, y por lo tanto el campo magnético del inductor,
se llaman generalmente polo inductor o de excitación, desde el punto de vista eléctrico.
En el desarrollo del apartado vamos a ir conociendo cada
una de las partes que configuran tanto el circuito magnéti
co como el circuito eléctrico del inductor o estator.
a lA. (ir(ui¡o mognéti(3: polo!, bobinadol polam.(iHiJita jnd!l([H j !),I¡Jriú3d
Las partes de la máquina que corresponde al circuito in
ductor son aquellas que seencuentran en la parte fija de la
misma; reciben el nombre de estator desdeel punto de vis
ta mecánico.
El inductor o estator está constituido por los elementos quese indican a continuación, que aparecen representados enparte en la Figura 5.1.
Carcasa o culata
No sólo es soporte de todos los elementos de la máquina,sino que sirve de retorno a los flujos creados por los bobinados auxiliares o de excitación. La carcasa o culataestá fabricada en acero fundido o laminado (Fig. 5.1 l.
Núcleo pd<!:!la" de un polo inductor
Son masas magnéticas donde va alojado el bobinado deexcitación; son, preferentemente, chapa de acero dulce, yse unen a la carcasa mediante pernos con posibilidad depoderse desmontar (Fig. 5.1 l.
Pieza polar de un polo indudor
Llamada también expansión polar, es la parte más cercana al inducido que rodea en parte a éste (Fig. 5.3), e impide su contacto por medio del entrehierro.
Núcleopolar
Piezao expansión polar
Fig. 5.3. Núcleo y pieza polar de un polo inductor de una máquina decorriente continuo,
Esta pieza aprovecha mejor el paso del Rujo magnético quellega desde el inductor al inducido, como se puede apreciar en la Figura 5.4.
Mediante la expansión polar se reduce considerablementela reluctancia magnética y, por consiguiente, el Rujo de dispersión y las pérdidas magnéticas.
Recuerda
Tanto en el caso del generador como del motor, la rela
ción entre un campo magnético y los conductores de lamáquina hace que se produzca un movimiento circular,
basado en la inducción electromagnética.
""""""
~" ' " '' '' ''m~m"""""" Polo inductor:::::::::::: conexpansión
~<, : : : ,:, ,:: , j..•"~Ir, "L "'
t rr r I ,,' 'l \
, , " I '" " ,
" " , , " " .\''''''''''\. L\, " I " ,
<IIT;:';:,,::,;;\:::¡;':'"
¡~,~t,¡","",,,,,,,,
Fig. 5.4. Mejora del flujo inductor.
Núcleo polar de un polo auxiliaro de conmutación
Esel núcleo magnético donde va situado el bobinado auxiliar. Estáconstituido por chapa de acero dulce y, como el núcleo polar, está unido a la carcasa mediante pernos desmontables; su calocación en la máquina eléctrica está entrelos polos inductores.
Pieza polar de un polo auxiliaro de conmutación
Al igual que la pieza polar de un polo de excitación, éstees para el polo auxiliar, pero con dimensiones más reducidas, como se puede comprobar en la Figura 5.3.
Culata
Entrehierro
Fig. 5.5. Circuito magnético de una máquina.
Entrehierro
El entrehierro es el espacio de aire que existe entre el circuito magnético del bobinado inductor y el circuito magnético del bobinado inducido. Esteespacio deberá ser lo máspequeño posible para impedir la dispersión de flujo y mejorar el rendimiento de la máquina (véase Figura 5.5).
Bobinados de exciteclén o boblncde indueter
El bobinado de excitación es el que produce en el estator elcampo magnético cuyo flujo crea las corrientes inducidas en el inducido o rotor. En las Figuras 5.7 y 5.8 podemos observar cómo están conectadas las bobinas de excitación interiormente en una máquina bipolar y tetrapolar,respectivamente.
Encintado de la bobina
Núcleo aire como huecopara olojcr el núcleo del polo
de excitación
Fig. 5.6. Bobina de excitación o inductora.
Polo inductor
Carcasa
~~!~~i;;~~~>- IntensidadI de excitación
Fig. 5.7. Bobina de excitoción o inductora.
+
Polos principales
Polaridad N-S de lospolos principales
Fig. 5.8. Conexión interna de las bobinasde excitación de una móquinatetrapo/ar.
Bobinados auxiliar o de conmutación
El bobinado auxiliar va conectado en serie con el bobinado inducido, que es un polo magnético suplementario y destinado a mejorar la conmutación.
Estos bobinados realizan una función muy importantepara el buen funcionamiento de la máquina, ya que laschispas provocadas en el colector en el momento de laconmutación de delgas, debido a la fuerza electromotrizde autoinducción, se pueden evitar produciendo otra fuerza electromotriz igual pero de sentido contrario, que seinduce desde el exterior, en la bobina, durante el procesode conmutación.
Polo principalde polaridad Norte (N)
Polo auxiliarde polaridad Sur (SI
Polo auxiliarde polaridad Norte (N)
polo principalde polaridad sur (S)
Fig. 5.9. Máquina bipolarcon polos auxiliares o de conmutación (polosauxiliares en horizonta/).
J
IJJ ~X(¡tO(ión de los máquinasde (orriente (ontinua
Los diferentes métodos de conedar los bobinados de excitación con el bobinado del inducido de una máquina de corriente continua nos permiten modificar las formas de funcionamiento, ya sean las conexiones a modo de motores ode generadores. Estudiaremos, por su forma de excitación,los más utilizados en la práctica:
• Excitación independiente.
• Autoexcitadas:
- Excitación en serie.
- Excitación shunt.
- Excitación compund.
.1 A. Máquinol de mito(ión independienteSon máquinas que, a través de una fuente de energía eléctrica de corriente continuó exterior, alimentan el bobinadode excitación, produciendo en él el campo magnético necesario para inducir corriente al rotor y producir los efectosque la máquina deberá realizar, bien sea a modo de motor o de generador. El inconveniente de esta máquina esque necesita una fuente exterior para su excitación, lo quehace que su utilización sea limitada.
11I1 B. MáqUina! outmeitadolSon máquinas cuya fuente de alimentación al bobinado deexcitación llega a través del inducido; de ahí el nombre de«autoexcitadas».
Dinamo
A
+
'-- Ba_te_rí_a..,II ..... ---'
Fig. 5.10. Esquema de un generador de cede excitación independiente.
Motor
B
L-.... --IIII-- ---'
Fig. 5.11. Esquema de un motor de cede excitación independiente.
En los generadores, el flujo inicial de excitación se produce por el fenómeno de la histéresis, es decir, que al quedar magnetismo remanente retenido en las masas polaresde la máquina, se crea un flujo magnético que hace queel inducido pueda moverse dentro del campo magnético,generando así la fuerza electromotriz necesaria.
Enel caso de los motores, el bobinado de excitación se alimenta a través de la red de corriente continua, fuente habitual para su funcionamiento.
Móquina de excitación en serie
La característica exterior de la máquina de excitación en serie como generador es su elevada inestabilidad, pues varíaconsiderablemente la tensión cuando se altera la carga. Nose emplea como generador de tensión constante, sino comomáquina adicional para mantener constante la tensión alfinal de la línea. La conexión del bobinado inductor está enserie con el bobinado inducido.
Como motor no tiene estabilidad; se embala en vacío y puede producir destrozos mecánicos en la propia máquina. Encuanto a la carga, llega a pararse al sobrepasar la plenacarga.
El motor de excitación en serie tiene un buen par de arranque y se suele utilizar en grúas, montacargas, etc.
En las Figuras 5.11 y 5.12, podemos ver los esquemas demontaje de un generador y un motor de excitación en serie.
Móquina de excitación shunt o derivación
Es una máquina que, trabajando como generador, tienela característica exterior de ser bastante estable en el suministro de la energía, aunque no tanto como las de excitación independiente. En esta máquina, el bobinado in-
11~
Dinama Dinamo
¡~:a 1+~-
A
CargaJ.~+
A
Fig. 5.12. Esquema de un generador de eede excitación en serie. Fig. 5.14. Esquema de un generador de eede excitación shunt,
Motor Motor
8
Red+
Fig. 5.13. Esquema de un motar de eede excitación en serie. Fig. 5.15. Esquema de un molor de eede excitación shun!.
ductor va conectado en derivación con los bornes del inducido. Dinamo
Es el generador más utilizado, por ser constante su tensiónen bornes y porque soporta bastante bien los cortocircuitosde la línea. Se utiliza como cargador de batería de acumuladores, como generador auxiliar, etc.
Como motor tiene la característica de ser bastante establea cualquier carga, ya que el motor shunt está alimentadopor tensión constante. En las Figuras 5.14 y 5.15, podemosver los esquemas de montaje de un generador y un motordé excitación shunt. e---e=}---4 +
bVláquina excitación compund
Este generador consta de dos bobinados inductores, unoen serie y otro en derivación con el inducido; de ahí también el nombre de máquina compund (compuesta) o mixta. En las Figuas 5.16 y 5.17, podemos ver los esquemasde montaje de un generador y de un motor de excitacióncompund.
Fig. 5.16. Esquema de un generador de eede excitación compund.
Esta máquina reúne las características de la conexión seriey las de conexión shunt, por lo que mejora bastante las deficiencias de las anteriores.
iiJ
Conductores alojadosen los ranuras
y soldados los extremoscon delgas del colector
Chapas magnéticascilíndricas, ranuradas,barnizadas y apiladas
Delgas del colectorMotor
B
Fig. 5.18. Inducido de tambor montado completa.
Red
Chapas apiladas que formanel cilindro ferromagnético
del inducido
\ ! !~~ Ranuracón~~va~ LW LU __ con expanslon
: ,. paro sujetarel cartón tejo
iJlifW=! I
. I I\ . ., I I1, • u >«:i ! !i ! I, I ,
Ranuras rectas
Fig. 5.] 7. Esquema de motor de CCde excitación compund.
Análisis del (ircuito inducidodeun amáq uinade(orriente continua
El circuito inducido llevaconsigo una serie de elementos co
nectados entre sí que hacen posible que la máquina realice su función. A continuación se cita cada uno de estos ele
mentos y la función que desempeñan.
., A. InducidoFig. 5.19. Núcleo magnético del rotory diferentes tipos de ranuras del
inducido.
-
El inducido, también llamado rotor, es la parte de la má
quina que gira y donde va colocado el bobinado inducido.
Está formado por chapas magnéticas aisladas entre sí porun barniz. Su eje está introducido en unos cojinetes que le
sirven de soporte.
Existen tres tipos de inducidos: el de anillo, el de discoy el de tambor. El que vamos a estudiar es el que se utiliza generalmente, el inducido o rotor de tambor, que alo[o unos huecos llamador ranuras (K) donde se coloca el bo
binado que se conectará con el colector.
., B. (olectorEs un cilindro adherido al eje del inducido donde va co
nectado el bobinado inducido por medio de unas pletinasde cobre aisladas entre ellas por una capa de mica.
En las delgas se conectan los principios y finales de cadaespira del bobinado inducido. Su material es el cobre.
Aislantede mica
Delgaconductorade cobre
Taladro cilíndricodonde se ajustael eje de giro
Mica Delgasentre lasdelgas
Ranura para alojary soldar los terminales
Fig. 5.20. Colector de delgas.
., <. !HObillolLos escobillas son piezas fijos compuestos por mezclo dediferentes tipos de carbón. Esto mezclo las hoce especialmente resistentes poro que puedan soportar el rozamientocon el colector pero sin llegar o dañarlo. Como conexión entre el circuito inductor y el circuito inducido está el punto deacoplamiento entre lo porte móvil y lo porte fijo de lo máquina.
Van alojados en un portaescobilla que los mantiene pormedio de un resorte, bien por muelleo por otro mecanismocon la presión necesaria para que se realice el contacto satisfactoriamente.
La bobina consta de una parte activa que se encuentra enel interior de la ranura y que se llama sección inducida(5); la parte que se encuentra en el exterior de la ranura yune los lados activos se llama cabeza de bobina. Lasbobinas suelen construirse con uno o varios hilos de cobre,y en algunos casos con pletinas.
Pueden concurrir en una misma ranura dos o tres seccionesinducidas; esto supone tantos finales de bobina como secciones inducidas coincidan en una misma ranura, y tantosprincipios como secciones inducidas tenga la máquina; esdecir, que si una bobina tiene cuatro extremos libres, de
berá tener dos secciones inducidas.
]
A
la~o activoo sección
inducida (S)(inducen fem)
Cabeza posteriorde la bobina
(no induce fem)
Ranura 5con bobinadode dos capas
Ranura 5
Haces activosde una bobina
colocadossobre ranura
Cabeza anteriorde la bobina
[no induce fem)
/
\
\
VDelgas del colector
Ranura 1
A
Ranuras. Desarrollolongitudinal
del circuito magnéticodel inducido
lado activoo sección
inducida (S)(inducen feml
Haces activosde una bobina
colocadossobre ranura
Fig. 5.22. Grupo de bobinasdel inducido.
Los inducidos se construyen generalmente de dos capas, esdecir, dos secciones por ranura; por lo tanto, en cada ranura deberán entrar dos haces activos de bobina, que se colocarán de manera que un lado de la bobina quede en laparte interior de la ranura, y el otro lado, .en la parte superior de la ranura que le corresponda (vécise Figura 5.23).
Fig. 5.23. Colocación de lasbobinas en las ranuras en bobinado de doscapas.
Escobillade carbón
Superficie en contactocon los delgas. Enel girodel motor,esta superficie
toma Forma cóncava
___-~::::-.~-- Conexión RexibleTerminalde conexión
fija
Las escobillas pueden ser de diferentes formas y tamañosen función del tipo de portaescobilla que tenga la máquinay la potencia de lo misma.
Fig. 5.21. Escobilla de carbón.
Bobina
Lo bobina es un número determinado de espiras conectadas entre sí que forman en torno al núcleo magnético el circuito inducido de la máquina.
El rotor, como parte móvil de la máquina eléctrica, es el elemento que sostiene el bobinado inducido entre sus ranuras,además del colector de delgas. Ambos elementos estánconstruidos en cobre. En la Figura 5.20 se puede observarel colector y las partes que lo componen.
• Uementos relotivosO los bobinados del rotor
111 Condi(ionu del bobinadoindu(ido
En este apartado vamos a ver cada uno de losconceptos necesarios para poder elaborar los diferentes tipos de esquemas de bobinados inducidos.
lado activo de la bobina, incluido éste. En la Figuro 5.25
podemos observar el ancho de bobina.
Un lado activo de la bobina se encuentra en un polo, y elotro lado activo en el polo siguiente de signo contrario. Elancho polar será aproximadamente igual al paso polar.
Fórmula 5.2
1
Donde:
Yk =ancho de bobina
En el caso de la Figura 5.25, el ancho de bobina o paso
polar será: Yk == Yp = 6
~I A. ~alO poiar. a¡][iln de oooinll. ím!teríltiCOIEl paso polar es la distancia que hay entre los ejes dedos polos contiguos y, por lo tanto, de diferente polaridod.El paso polar se obtiene mediante la siguiente fórmula:
Fórmula 5.1
~~
Donde:
Yp = paso polar
K= número de ranuras del inducido
2p = número de polos de la máquina
Ranura
Lado octivode la bobina
Fig. 5.25. Anchade bobina.
Ladoactivode la bobina
Paso polar,o distanciaentre dos polosconsecutivos
de distinto nombre
Eje polo sur {5}
Fig.5.24. Determinación delpaso polar {Pp} de una móquina hexapo/ar.
liJar El ancho de bobina (Yk), como su nombre indica, es laanchura que tiene la bobina calculada en ranuras. Determinaremos el ancho de bobina contando desde la ranuraposterior a donde se encuentra introducido el primer ladooctivo hasta donde se encuentra introducido el segundo
El paso de ranura no se debe de cambiar salvo cuando se den los casos siguientes:
• El ancho de bobina se podrá alargar o acortar en lasmáquinas que tengan polos auxiliares si el paso polares fraccionario; se alargará o acortará la parte complementaria que necesite para que el valor sea un número entero.
• Cuando la máquina no tiene polos auxiliares, sólo sepuede alargar hasta completar el valor entero del ancho de bobina, es decir, la parte de la fracción hastacompletar el valor entero del ancho polar.
• 1 B. An¡ho de ¡miónComo podemos comprobar en la Figura 5.26, el anchode sección es la distancia medida en secciones inducidasentre dos lados activos de una misma sección. En la Fórmula 5.3 podemos calcular el ancho de sección.
Fórmula 5.3
Si Ues el número de secciones inducidas:
El ancho de secciónde la Figura 5.26 (a), con un ancho polar de A, será de:
Y,=Yk·U=A·2=8
El ancho de secciónde la Fig. 5.26 (b), con el mismo anchopolar, será de:
ba
Fig.5.27. Paso de conexión de un bobinado imbricado.
Fig. 5.26. Bobina de bobinado imbricado de dos secciones inducidas(a). Bobina de bobinado ondulado contres secciones inducidas (b).
Fig. 5.28. Paso de conexión de un bobinado ondulado.
Ti,;ll L Bobinado! imbricado! yondulado!El bobinado imbricado se caracteriza por hacer retrocederla parte final de la bobina una vez que entra en la ranuray buscar la delga siguiente a la que se conectó la anteriorbobina (véase Figura 5.27). El paso de colector en este tipode bobinado será de ±1; +1 será el avance progresivo, y-1 el regresivo.
gl L POlO rmltonteEl paso resultante es la suma resultante del ancho de sección y del paso de conexión.
Se puede expresar también como la distcncio que hay entre principios de dos haces activos consec'útivos. Se indicacon la letra Y. Se puede observar en la Figura 5.27 para unbobinado imbricado, y en la Figura 5.28, para un bobinado ondulado.
~I D. (onexión de lo! bobino!. Bobinado! cmodolEl paso de conexión es el número de ranuras que hay quesaltar desde el haz activo final de una bobina yel principiodel haz activo de la bobina a la que se conectará por medio del colector; se representa por la letra y2 (véanse lasFiguras 5.27 y 5.28).
Todos losbobinados de corrientecontinua son cerrados, porlo que no deberá quedar ningún extremo libre.
g I f. POlO de colectorEl paso de colector es la distancia en delgas que existeentre las delgas donde está conectada el principio de unasección inducida y la delga donde se conecta el final de lamisma (véase la Figura 5.27 para un bobinado imbricadoy la Figura 5.28 para un bobinado ondulado).
El paso de colector tiene el mismo valor que el paso resultante.
Fórmula 5.4
Siendo Y= YI - Y2
111 Cluiji(ui6a yuuueríUiusde lo~ bobinados imbricados~¡mpleI
El bobinado imbricado es el más antiguo de los bobinadosinducidos utilizados en las máquinas de corriente continua;es el más usado y también el más didáctico por su comprensión y disposición de las bobinas.
El bobinado imbricado se caracteriza por hacer retrocederla parte final de la bobina una vez que entra en la ranurapara buscar la delga siguiente a la que se conectó la anterior bobina, formando de esta manera bucles.
Como podemos comprobar en la Figura 5.29, en un bobinado imbricado los terminales de una misma bobina convergen por estar conectados en delgas contiguas.
+
Fig.5.29. Disposkión de las bobinas en un bobinado imbricada.
- .1 A. TipO\. PrOore¡iVOI yreore¡iVOIEstos tipos de bobinados, también llamados «sin cruzar» y«cruzados», respectivamente, se diferencian en que el bobinado imbricado progresivo va desplazándose hacia la
derecha, y la corriente circula por él en el sentido de las
agujas del reloj.
El bobinado imbricado regresivo o cruzado se caracteriza por que su desplazamiento es hacia la izquierda; estohace que el haz activo que termina su recorrido se cruce con el principio del haz activo de su propia bobina,puesto que va buscando la delga anterior (véanse las Fi
guras 5.30 y 5.31 l.
Fig. 5.30. Esquema simplificado de un bobinado imbricado progresivo.
5
Fig. 5.31. Esquema simplificado de un bobinadoimbricado regresivo.
.1 B. Número de ramal en paralelo. (ondi(ionelComo hemos estudiado anteriormente, el número de escobillas que tiene una máquina de corriente continua es igualal número de polos de que dispone. Pues bien, el bobinado del inducido formará tantas ramas en paralelo como polos tenga la máquina.
Tqa
Fórmula 5.5
Donde:
20 = número de ramas en paralelo
2p = número de polos
~l L Número de delgal del (olWorSabemos que en una delga llega un final de una sección inducida y un principio de otra sección inducida. Por cadabobina, sabemos que puede haber una, dos o tres secciones inducidas; por tanto, por cada sección inducida deberá haber una delga. El número de delgas del colector también deberá ser múltiplo del número de pares de polos.
Fórmula 5.6
I D=S=K·U I
Donde:
D= número de delgas
S = número total de secciones inducidas
K= número de ranuras
u= número de secciones inducidas por cada bobina
irIl D. PalO de mobjllalEl número de escobillas que deberá tener una máquina decorriente continua coincidirá con el número de polos del bobinado. Teniendo en cuenta las delgas del colector, podremos calcular el número de escobillas, como nos indica lasiguiente fórmula:
Fórmula 5.7
En una máquina que tenga cuatro polos, el número de escobillas será de cuatro, dos de una polaridad y dos de otra,y se conectarán entre sí las escobillas de la misma polaridad, como podemos ver en la Figura 5.32.
Fig. 5.32. Distribución y conexión de las escobillas en el calector de delgas.
~I!. (omiom eQuipolmjalelSe ha observado en las máquinas de bobinados imbricadosque cuando los flujos que recorren los distintos circuitosmagnéticos son muy diferentes, las causas que fomentanesta alteración son:
• Diferencia en el entrehierro en determinados puntos, al recorrer el rotor los diferentes polos de la máquina; esto puede ser debido al rozamiento del rotor poruna mala mecanización, al desgaste excesivo de los cojinetes, a un mal montaje del rotor, etc.
• Diferentes materiales o secciones en el circuito magnético, que producen una descompensación tantomagnética como física.
• Diferentes flujos magnéticos producidos por bobinas que, aun con un número de espiras iguales, tengan un diámetro de hilo diferente en algunas bobinas,pero tan aproximado que no se note la diferencia (defecto de fábrica o rebobinado).
En los bobinados imbricados, al conectar las escobillas delmismo signo entre sí, al existir desequilibrio en los flujos delas bobinas, pueden producirse extracorrientes o corrientesde compensación en los contactos con las escobillas y, portanto, causar averías. Esto obliga a utilizar conexiones equipotenciales, que consisten en pequeñas fesistencias queproducen corriente de compensación entre ellas sin pasarpor las escobillas. En caso de que la máquina no tuvieraninguna descompensación, el efecto de las conexiones equipotenciales sería nulo.
El número de conexiones equipotenciales (Neq) corresponde al cociente que resulta entre el número de ranuras (K) yel número de pares de polos de la máquina; viene expresado por la siguiente fórmula:
Fórmu!c 5.8
~~
Por esto, el número de bobinas equipotenciales (Beq) será:
Fórmula 5.9
y el poso equipotencial (Yeq) deberá ser igual 01 cocienteque resulto entre el número de ranuras y el número de pares de polos.
Fórmula 5.10
IIJ Aplicoci6n de 10$ bobinadosmúl ti pie L (araHeríH ¡(O s
Los bobinados imbricados múltiples se utilizan en máquinas de gran potencio que superan los 400 amperios; estosupone en uno máquina de bobinado simple de reducidonúmero de polos, que deberá tener unos conductores excesivamente grandes y un número de delgas muy pequeño, y si lo velocidad es alta 01 ser reducidoen númerodepolos, lo tensión en las delgas puede alcanzar valoresinadmisibles.
Poro evitar estosinconvenientes sin necesidad de aumentarel número de polos, se aumento el número de pares de derivaciones en el inducido mediante el empleo de varios bobinados imbricados sencillos.
• Datos necesarios:
- Número de ranuras (K).
- Número de polos (2p).
- Número de secciones por bobinas (U).
- Progresivo o regresivo.
- Con conexiones equipotenciales o sin conexionesequipotenciales.
• Posibilidad de ejecución:
El cociente que resulte entre el número de ranuras y elnúmero de pares de polos deberá ser número enteroparo que se pueda realizar.
K N0-= . enterop
• Paso de ranuras:
Deberáser comose indicó anteriormente: el poso de ranura Yk igual 01 poso polar Yp, alargándose o acortándose si existen polos auxiliares.
Yk = Yp (aproximadamente)
• Número de delgas del colector:
Este tipode bobinado se construye generalmente de doscopos, siendo B=K. Sabiendo que el número de delgas(D) son los mismos que el número de secciones inducidos (5), si cado bobino tiene un número (U) de secciones, el número de delgas valdrá:
D=5=U·K
• Al ser un bobinado progresivo, el paso de colector será:
Yco/= +1
hálish d~1 pruuo de (álnlode un bobinado imbricodo
En caso de ser regresivo, el poso de colector será:
Ycol=-1
• Ancho de sección:
El siguiente cálculo de los bobinados será sobre los bobinados imbricados simples de tipoprogresivo o no cruzado,que son los mas utilizados generalmente.
.1 A. Dato¡ nelmrio¡ para el lállUloEl proceso poro realizarel cálculo de los bobinados de corriente continuo ha de ser ordenado, comosigue:
• Paso de sección:
Y2 = Y,- Yco/
• Paso de escobilla:
DY••c = -
2p
Con los datos obtenidos y calculado, se confeccionará el es
quema.
m Diseño de un bobiudn imbriudosimple
A la hora de realizar el bobinado o rebobinado de una máquina, tenemos que partir del diseño del esquema para realizar el montaje de cada una de las bobinas.
A continuación vamos a diseñar varios esquemas de bobinados imbricados simples con diferentes tipos de representación esquemática.
:JíI1 A. Reprmnto(Íón ciHulor. rectangularylimplilicodo
los esquemas de los bobinados se representan de variasmaneras. Vamos a realizar sobre un mismo bobinado lasrepresentaciones para que se pueda entender e interpretary más tarde poderlo ejecutar.
En los esquemas de las Figuras 5.33 y 5.34, se puede verun sistema de representación no ortodoxo pero que clarifica bastante la distribución y las conexiones del bobinado.
Fig.5.33. Esquema lineal de unbobinado simple.
Como podemos ver, tenemos un bobinado simple de nuevebobinas y un colector con nueve delgas. El final de cadabobina y el principio de la siguiente van conectados a lamisma delga. El final de la última bobina va conectado conel principio de la primera en la misma delga.
los siguientes esquemas están representados de la maneraconvencional.
Vamos a representar los diferentes esquemas del bobinadode un inducido de 12 bobinas; por lo tanto, de 12 delgas. Elnúmero de ranuras es de 12 y su polaridad es de 4 polos.
Bob. 9
Bob.5 Bob. .4
Fig.5.34. Esquema circular de un bobinado simple.
El trazado del esquema se puede realizar perfectamente delmodo circular, como vemos en la Figura 5.35; las seccionesinducidas están representadas en su posición real por puntos a igual distancia distribuidos por todo el contorno del in
ducido.
los hilos del bobinado que salen del colector se dibujan conlíneas continuas, mientras que los que vuelven hacia la delga siguiente se pueden dibujar con líneas de trazos; no eséste el caso, pero está bastante extendido. El sistema de representación de la Figura 5.35 es muy complejo de realizar, pero bastante eficaz para su interpretación.
Fig. 5.35. Representación circular delbobinado de un inducido.
f,
Fig. 5.37, Representación simplificada de unbobinado imbricado.
8JJ: 9:••. ••.. 10, ", ,
Estemismo bobinado puede representarse de manera lineal o rectangular. Esta representación parte del seccionamiento del inducido que se despliega haciendo la parte cir
cular de manera alargada; se observa por ejemplo que lassecciones inducidas van paralelas al eje del inducido.
La parte de las bobinas que van en la parte superior de laranura se representan con líneas continuas; en cambio laparte de las bobinas que van en la parte inferior de la ranura se representan con líneas de trazos, como podemosver en la Figura 5.36. Estesistema de representación es elmós utilizado por la facilidad en cuanto a trazado e interpretación.
a¿J/ ";"[IJ"" "
2: 3 4..: 5: 6'·. 7, ;, , I !, :' I "t ,_ , ,
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tt7l,~12 I
Fig. 5.36. Representación lineal o rectongular delbobinado de uninducido.
• En máquinas de potencia media se emplearán tanto bobinados ondulados como imbricados.
La representación de forma simplificada corresponde al trazado de una parte del bobinado, ya que se supone que elresto se conecta de igual manera.
Esta representación generalmente se realiza con una solabobina montada sobre el colector o bien un grupo de bobinas (véase la Figura 5.37).
Las principales normas, necesarias en cada tipo de bobinado, se pueden resumir de esta manera:
• Cuando la máquina tiene que suministrar fuertes intensidades,se construyen bobinados imbricados simples odobles.
__ • Las máquinas destinadas a funcionar con tensiones elevadas estarán dotadas de bobinados ondulados.
.1 B. Indilolión de los polos. líneas neutrosYeHobillos
Como podemos observar en las Figuras 5.35 y 5.36, la indicación de los polos que constituyen la máquina corresponde a cuatro polos, señalizados en la Figura 5.35 en elexterior del inducido por las letras N - S - N - S (norte sur - norte - sur), así como también podemos ver señalizados los polos con las mismas letras en la Fig. 5.36, en laparte superior del colector.
En el caso de las líneas o zonas neutras, existirán tantas líneas neutras como polos tiene la máquina, ya que cada líneao zona neutra se encuentra entre dos polos de distintosigno.
Las líneas neutras, o zona neutra, están señalizadas por líneas de trazos y puntos, que en este caso, por ser el bobinadotetrapolar, son cuatro y se encuentran entre los polos, comopodemos ver también en el esquema linealo rectangular.
Las escobillas, como se indico con anterioridad, son tantascomo polos tiene la máquina; en este caso por ser la máquina tetrapolar se montarán cuatro escobillas, conectadasentre sí y en paralelo de dos en dos entre signos iguales,como podemos ver en la Figura 5.36.
La representación de los polos se realiza haciendo el seguimientodel recorrido de la intensidad y agrupando las ranuras con el mismo sentido de corriente.
Cada grupo que lleva el mismo sentido de corriente formaun polo, y serán tantos polos como grupos se forman.
En el esquema del Caso práctico 1 (Esquema 5.1) se puedever el sentido de la corriente y la formación de los polos.
Los polos se forman alternativamente con distinto signo,coincidiendo con el número de polos que tiene la máquina.
Zona neutra Zona neutra1
~ ,j/>-<1>
rf-----f;-, ;r,:¡::¡:
" '-'~';~"".. " ',\!.. ', "
"
B -A +
Zona neutra
Calcular el bobinado imbricado simple progresivo y di
bujar el esquema del inducido de un generador de corriente continua con los siguientes datos:
N.O de ranuras: K= 16
N.O de polos: 2p = 4
N.O de secciones inducidas: U= 1
N.O de bobinas: B=~2
Cálculo
posibilidad de ejecución:
K 16-=-=8P 2
(es posible por ser número entero)
Paso de ranuras:
Acortado en una unidad para que se pueda ejecutar.
Pasa de bobina: 1 - 4
Paso de colector: Yoo1= +1
N.O de delgas del colector: D = 5= B . U= 8 . 1 = 8
Ancho de sección: Y¡ = Yk • U= 4 . 1 = 4
Paso de conexión: Y2 = Y¡ - Yeol = 4 - 1 = 3
Paso de escobillas:
D 8Y. =-=-=2
ese 2p 4
En este esquema se han colocado las escobillas y se han
marcado los sentidos de las corrientes y los polos.
Esquema 5.1
Como se puede ver en el Esquema 5.1, cada polo está formado por cuatro ranuras y lospolosconsecutivos cambian de
polaridad alternativamente. Mediante este esquema se puedecomprobar el resultadode cada uno de los datos calculados.
Este caso práctico se realizará con los mismos datos queelcaso práctico anterior, con la diferencia del número debobinas, poro apreciar lo diferencia entreambos.
Calcular el bobinado imbricado simple progresivo y dibujar el esquema del inducido de un generador de corriente continuo con los siguientes datos:
N.O de ranuras: K= 16
N.O de polos:2p = 4
N.o de secciones inducidos: U=1
N.o de bobinas: B= K(dato diferente)
Cálculo
posibilidad de ejecución:
K 16-=-=8P 2
Esquema 5.2
lID (losjfiu(ión yuraUerístiusde 101 bobinadosondulados serie
'0_ O" Cuando en una máquina de corriente continuo resultan__ elevados tonto la tensión en bornescomola velocidad con
respecto o la potencio de la mismo, es conveniente poneren serieel mayornúmero de bobinas posibles, ya que todos los bobinados de inducidos forman dos circuitos enparalelo.
Pasode ranuras:
En este coso se puede ejecutor sin acortar el poso deranura.
Pasode bobino: 1 - 5
Paso de colector: Yeo! = +1
N." de delgas del colector: D = 5= B . U= 16 . 1 = 16
Ancho de sección: Y, = Yk • U= 4· 1 = 4
Pasode conexión: Y2 = Y¡ - Yeo! =4 - 1 =3
Poso de escobillas:
D 16Y.",=-=-=4
2p 4
'::"':"'f('(~ ~ ~".. .. ...., , ,, , ,, , ,, , ,, , ,, , ,
15 16
,~i, ,, ,
Poro ser simétricos, todos los circuitos debenser iguales; llegamos a la conclusión de que lo mitad de los grupos delbobinado inducido se pueden conector en serie.
A los bobinadosonduladostambién se les llama bobinados en serie; poseen dos circuitos en paralelo, es decir,que la mitad de lasbobinasse conectan en serie, y éstos entre sí en paralelo.
Estos bobinadosson recorridos par lo corriente eléctrica atodo lo largo de la periferia del inducido, paro lo cual seconectan dos bobinas en serie. Los bobinados onduladossimples no precisan de conexiones equipotenciales.
Las aplicaciones de los bobinados ondulados son muy
limitadas.
gl A. Tipol progresjvo! y regmivo!Estos tipos de bobinados, también llamados «cruzados» y«sin cruzar», se diferencian en que el bobinado onduladoprogresivo va desplazándose hacia la derecha una vez queha recorrido toda la periferia del inducido, conectándoseen la siguiente delga y circulando la corriente por él en sentido de las agujas del reloj.
El bobinado ondulado regresivo o cruzado se caracterizapor que su desplazamiento es hacia la izquierda, es decir,que una vez que recorre toda la periferia del inducido, seconecta en la delga anterior de la primera conexión (véanse las Figuras 5.38 y 5.39).
Fig. 5.38. Bobinado ondulada no cruzado.
Fig. 5.39. Babinodo ondulado cruzado.
~18. Número de rama! en derivaciónEn 105 bobinados ondulados tan sólo se conectan dos ramasen paralelo (a = 2), con independencia del número de polos que tenga la máquina. Las conexiones internas delbobinado propician la conexiónen paralelo de grupos de bobina, lo que hace innecesarias las conexiones a través delas escobillas, de forma que de salida queda tan sólo una
escobilla para todos 105 polos del mismo signo, y otra paratodos 105 polos de signo contrario.
.Ie Número de eHObillalSabemos que en cada línea o zona neutra se requiere unalínea de escobillas. Dicho esto, cabe añadir que las líneas de escobillas necesarias para un bobinado onduladosimple son dos, y puede poner una por cada polo.
Si queremos saber la distancia en delgas a la que debenestar las líneas de escobillas, aplicaremos la fórmula siguiente:
Fórmula 5.11
., D. (ondicione! del palO del colectorEl paso de colector impone unas condiciones que revisaremos partiendo de la fórmula general de 105 bobinados ondulados.
Fórmula 5.12
Estoexige que el número de delgas y de pares de polos seaprimo. Esta condición nos demuestra que 195 bobinados ondulados simples en serie no se pueden eie~utar completos onormales para cualquier número de secciones:
D=S=K· U
Por lo tanto, las condiciones que deben cumplir 105 bobinados ondulados normales serán:
• El número de ranuras del inducido y el número de pares de polos de la máquina serán número primo.
• El número de pares de polos por bobina y el número desecciones inducidas deberán ser número primo.
Para que una máquina, por ejemplo, hexapolar cumpla estaúltima condición, deben construirse bobinas de 1, 2, 4 Y5secciones inducidas.
J
ID Bobinados ondulados múltiplesoserie-paralelos
Si realizamos un bobinado ondulado simple, los diámetrosde losconductores que debemos utilizar son excesivos; paraevitarlo dispondremos de varios bobinados ondulados simples, con lo que conseguimas un devanado ondulado múltiple, llamado también serie-paralela.
Sabemos que en un bobinado ondulado simple, la seccióninducida que cierra el contorno del inducido se coloca enla delga siguiente a aquella de donde partió la primera secoción inducida.
Si una vez completada la vuelta con la sección inducida laconectamos dos delgas más adelante, en la siguiente vuelta del bobinado las conexiones se desplazarán también dosdelgas. En la tercera vuelta, conectaremos las secciones inducidas desplazándolas dos delgas más, y así hasta completar el bobinado simple.
En las delgas que se han quedado sin conectar, distribuiremos bobinados ondulados simples, tantos como delgas hayamos desplazado, por lo que se constituirá un bobinadoondulado múltiple.
Las condiciones que estos bobinados deben cumplir son:
• Las fuerzas electromotrices (fem) deberán ser iguales enlas distintas ramas en paralelo para evitar corriente decirculación. Para que esta condición se pueda cumplir,el cocienteentre el número de pares de polos y el númerode bobinados ondulados independientes deberá ser numero entero.
Fórmula 5.13
Donde:
m = relación de pares de polos y bobinados independientes
a = bobinados independientes
_- • Las fuerzas electromotrices generadas por los distintosbobinados independientes producen retrasos de unascon respecto a otras; esto nos obliga a colocar conexiones equipotenciales de segunda clase entre los diferentes bobinados.
Para colocar estas conexiones, se deberán disponer distintos puntos en el campo magnético. Estoobliga a queel número de ranuras sea múltiploexacto del número debobinados independientes, tal y como se expone en lasiguiente fórmula:
Fórmula 5.14
K •n =- =numero entero
a
Donde:
n = relación entre el n." de ranuras (K) y el n." de bobinados independientes (a)
• El número de secciones inducidas (U) por bobina deberá ser número primo con (m) la relación existente entrelos pares de polos con el número de bobinados independientes.
Fórmula 5.15
• Pro(uo de (ól(Olo de unbobinado ondulado en serie
A la hora de realizar el bobinado o rebobinado de una máquina, al igual que en los bobinados imbricados, en los ondulados también tenemos que partir del diseño del esquema para realizar el montaje de cada una de las bobinas.
A continuación vamos a diseñar varios esquemas de bobinados ondulados simples con diferentes tipos de representación esquemática.
.1 A. Datol nelelOriol para el cólculoPara el cálculo de un bobinado ondulado simple progresivo o regresivo, el proceso es sirniloeol de los bobinados imbricados. Existen diferencias, que citaremos en la parte dela confección, que sí deberán tenerse en cuenta en el momento de conocer los datos del bobinado que se va a diseñar:
• Los datos que debemos conocer para el diseño son:
- Número de ranuras (K).
¡I
¡I
I
IIj
- Número de polos (2p).
- Número de secciones por bobina (U).
- Indicar bobinado progresivo o regresivo.
- Conexiones equipotenciales, si las hay.
- Si no se puede realizar de forma normal, indicar siel bobinado es de una sección muerta o tiene cierreartificial.
• Posibilidad de ejecución.
Para que un bobinado ondulado se pueda realizar, debemos tener en cuenta las condiciones que se citaron anteriormente y que debemos aplicar.
Sabemos que el cociente entre el número de ranuras yel número de secciones inducidas deberá ser número primo del número de pares de polos:
K-=PU
En caso de no cumplirse la condición anterior, se realizará el bobinado con una sección muerta o con cierreartificial.
• Paso de ranuras.
El paso de ranura deberá ser el mismo que el paso polar, o lo más próximo a él:
• Número de delgas del colector.
Para el bobinado ondulado progresivo o regresivo, elpaso de colector será:
O=S=K·U
También se utiliza esta fórmula cuando el bobinado tiene cierre artificial. Cuando el bobinado tenga una sección muerta, será:
o=S =(K· U) - 1
• Paso de colector.
Para el bobinado ondulado simple y con una secciónmuerta, el paso de colector será:
Para el mismo bobinado pero con cierre artificial, será:
(0- 1)- 1Yeol = -'-------'--p
• Ancho de sección.
• Paso de sección.
• Paso de escobillas.
oy =-ese 2p
119 Diseño del esquem ode un bobinado en serie
A la hora de realizar el bobinado o rebobinado de una máquina, tenemos que partir del diseño del esquema para proceder al montaje de cada una de las bobinas.
A continuación vamos a diseñar varios esquemas de bobinados ondulados con diferentes tipos de representación esquemática.
.1 A. Representación circular, rectangulary limplificada
Los esquemas de los bobinados ondulados se representande varias maneras diferentes. Vamos a reolizor las representaciones sobre un mismo bobinado p¿<ra que se puedaentender e interpretar, para después poderlo ejecutar.
los siguientes esquemas están representados de la maneraconvencional.
Vamos a representar los diferentes esquemas del bobinadoondulada de un inducido de 13 bobinas y, por lo tanto, de13 delgas. El número de ranuras es de 13 y su polaridades de 4 polos.
El trazado del esquema se puede realizar perfectamente demodo circular, como vemos en la Figura 5.40; las seccionesinducidas están representadas en su posición real, por puntos a igual distancia, distribuidos por todo el contorno delinducido.
Los hilosdel bobinado que salen del colector se dibujan conlíneas continuas, mientras que los que vuelven hacia la delga siguiente se suelen dibujar con líneas de trazos.
El sistema de representación de la Figura 5.40, al igual quelos bobinados imbricados, es muy complejo de realizar,pero bastante eficaz para su interpretación.
Fig. 5.40. Esquema de un bobinadoondulado circular.
Eje de escobillas
s
Eje de escobillas
N
N
Eje de escobillas
s
Ejede escobillas
Fig. 5.41. Esquema lineal o rectangular de un bobinadoondulado.
sobre el colector, o bien con un grupo de bobinas (véasela Figura 5.42).
2
Fig. 5.42. Represen/ación simplificada del bobinodoondulado sin cruzar.
1
Este mismo bobinado puede representarse de manera lineal o rectangular. Esta representación parte del seccionamiento del inducido, que se despliega haciendo la parte circular de manera alargada; se observa, por ejemplo,que las secciones inducidas van paralelas al eje del inducido.
La parte de las bobinas que va en la zona superior dela ranura se representa con líneas continuas; en cambio,la parte de las bobinas que va en la parte inFerior de laranura se representa con líneas de trazos, como podemos ver en la Figura 5.41. Este sistema de representación es el más utilizado por la Facilidad en cuanto a trazado.
Del inducido que se despliega haciendo la zona circular demanera alargada, se observa, por ejemplo, que las seccio-
D- nes inducidas van paralelas al eje del inducido.
La representación de Forma simplificada corresponde altrazado de una parte del bobinado; el resto se estructura o se conecta de igual manera; esta representación serealiza generalmente con una sola bobina montada
Fig. 5.43. Representación simplificada del bobinado ondulado cruzado.
.1 B. Indicocjón de 101 polol,líneol neutralYeHObillOl
Como podemos observar en las Figuras 5.40 y 5.41 r las indicaciones de los polos que constituyen la máquina se corresponden con cuatro polos, señalizados en la Figura 5.40 en el exteriordel inducidopor las letras N - S - N - S,
mientras que en la Fig. 5.41 podemos ver señalizados los
polos, con las mismas letras en la parte superior del colector.
En el caso de las líneas o zonas neutras, existirán tantas líneas neutras como polos tenga la máquina, ya que cadalínea o zona neutra se encuentra entre dos polos de distinto signo. las líneas neutras, o zona neutra, están señalizadas por líneas de trazos y puntos, que en este caso y porser el bobinado tetrapolar, son cuatro y se encuentran entre los polos, como podemos ver también en el esquema lineal o rectangular.
las escobillas, como se indicó con anterioridad, son tantascomo polos tiene la máquina; en este caso, por ser la máquina tetrapolar, se montarán cuatro escobillas, conectadasentre sí y en paralelo de dos en dos entre signos iguales,como podemos ver en la Figura 5.41. las escobillas se pueden reducir a dos en los bobinados ondulados simples,como se ha expuesto anteriormente.
En el siguiente caso práctico, se puede observar cómo vandistribuidas las bobinas en el bobinado ondulado de un inducido. Enél también se puede señalizar el sentido de la corriente para la formación de los polos.
Calcular el bobinado ondulado simple progresivo y dibujar el esquema del inducido de un generador de corriente continua con los siguientes datos:
N.O de ranuras: K= 13
N.O de polos: 2p =6
N.O de secciones inducidas: U= 2
Cálculo
K= 13 ~ número primo de p = 3
U=2
Paso de ranuras:
K 13Y¡=-=-:=2
2p 6
Paso de bobina: 1 - 3
Paso de colector:
0+ 1 26 + 1Yco!=--= =9
p 3
N.O de delgas del colector: O= K· U = 13 . 2 = 26
Ancho de sección: y! = Y¡ . U= 2 . 2 =4
Paso de conexión: Y2 = Y,o! - Y¡ =9 - 4 = 5
Paso de escobillas:
o 26Y =-=-"'-5
ese 2p 6-
>,,>~.":c-, ' .~:.:....•.~.'>::.~::-......~:>~:>"...~..>"...~:>.... ~.':'~:>.."P<)'><'.~..:- ~"" .. .. .. .. "" "" .. .. .. .. .. .. .." .. .. ""',' ',' ',' '," '," '," -, ' ',' ',' '," ',' ',' ','
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I I I I I I I , I , I I I, I I I I I I I I , I I I
Esquema 5.3
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13,,,
""'1 (010 próctico 4
Calcular el bobinado ondulado simple progresivo y di
bujar el esquema del inducido de un generador de co
rriente continua con los siguientes datos:
N.O de ranuras: K= 18
N.O de polos: 2p =6
N.O de secciones inducidas: U= 2
Una sección muerta.
Célculo
K= 18 YP=3 --; no son números primos
U=2
Puesto que el número de ranuras y los pares de polos noson números primos, la ejecución del bobinado será con
una sección muerta.
Paso de ranuras:
K 18Yk=-=-=3
2p 6
Número de delgas del colector:
D =(K· U) - 1 =(1 8 . 2) - 1 =36 - 1 =35
Paso de colector:
Ancho de sección:
Y1 =Yk • U=3 . 2 =6
Paso de sección:
Y2 =Ycol - Y¡ =12 - 6 =6
Paso de escobillas:
D 35Y =-=-"'6
ese 2p 6-
... rrmrrmmmmmrr',,- ',', '," .. " .. ' .. ', .. " .. ' .. ' .. " .. ' .. " .. " .. ' .. " .. " .. ' .. "",\ ".'" .. " .. ' -- .. " " '," .. - "-" x .. " .. ' .. " --"" ,,, .. '" .. .. , .. .. .. .. .. .. ..... .. .. .. .. .. ..
'~ ~ '~ ~ '~ '~ ~ ~\ ~ \\ '\ '\ \ \\ \ \\ '\\ \\
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, I I , I , I I , , , , ' , , I I ,I I , , I , I , , , I , I I , , I t
1 2. j 4 .5 6 i 8 cj 10 11 12 13 14 15 16 17 18
j' ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, .
':: 't
-,',' -"',"- -""," '..',-.............. .. .. .. .. ..
Esquema 5.4
Bobinado ondulcdccon tres secciones
inducidas
Bobinado de excitoción
Escobilla de carbón con terminalconductor de cobre
Bobinado imbricadocon dos secciones
inducidas
1.° Elección de cualquier máquina de los mediosque hay.
2.° Desmontar cada uno de los elementos que laconstituye.
- Identificar el circuito magnético y el circuito eléctrico.
- Describir la aplicación de cada una de las partes de la máquina de corriente continua.
- Identificar, por el tipo de bobinado, si es autoexcitada o de excitación independiente.
• Medios didácticos:
- Una máquina de corrientecontinuade excitaciónindependiente.
- Una máquina de CC de excitación serie.
- Una máquina de CC excitación shunt.
- Una máquina de CC excitación compund.
• Procedimiento:
Bobinado inducido
Inducido
Polo de excitoción y zapatao expansión polar
Fig. 5.44. Diferentes elementos de unomáquina eléctrica de corriente continua.
4. Define:
• Objetivos:
- Identificar directamente cada una da las partesde una máquina de corriente continua.
Autoevaluación
1. ¿En qué parte o partes de la máquina de corrientecontinua se emplea la chapa magnética?
2. ¿Se puede distinguir entre un generador y un motorde corriente continua a simple vista, sin placa de características? ¿Porqué?
3. Cita tres tipos básicos de generadores de corrientecontinua que utilicen la constitución de la máquinaeléctricade corriente continua.
a) «Autoexcitodo»,
b) «Excitación independiente».
5. Con respecto a la máquina de corriente continua, indica:
a) Cuatro partes distintas del rotor.
b) Cuatro partes distintas del estator.
6. Explica como se produce la autoexcitación en una dinamo serie, shunty compund.
7. ¿Qué función tiene la carcasa de una máquina de corrientecontinua? ¿Podríafuncionar sinella? ¿ Porqué?
8. Explica qué función tienen las escobillas en una máquina de corrientecontinua.
9. ¿Qué son polos auxiliares y qué función tienen en ungenerador de corriente continua?
10. ¿Qué dos tipos de bobinados de inducidos se fabrican? ¿Qué diferencias hay entre ellos?
Actividades de enseñanza - aprendizaje
11. Definición y característic~s de 105 elementos que constituyen el circuito inducido dela máquina eléctrica de corriente continua.
a) Tipos de rotor, características de las ranuras y necesidad del colector. Relación entre el número deranuras y de delgas, secciones inducidas.
b) Características de las bobinas de rotor. Tipos de bobinados.
---------------------------------
• Resultados:
- Se identifica la máquina que se escogió comouna máquina de excitación shunt.
- Se desmonta el bobinado inductor de la carcasa, el bobinado shunty las escobillas.
- Se identifica las partes del inducido sin desmontar puesto que está hecho un bloque.
- Se estudia la aplicación de cada uno de los elementos de la máquina consultando el texto.
• Contesta:
a) Cita cada una de los elementos de la máquina decorriente continua de la Figura 5.44.
b) Identifica los elementos que constituyen el circui-to magnético.
c) Identifica los elementos del circuito eléctrico.
d) Identifica los elementos del circuito inductor.
e) Identifica los elementos del circuito inducido.
F) Explica la función de cada una de los elementoscitados anteriormente.
12. Resolución y definición a partir del númerode polos, ranuras y secciones inducidas lospasos del bobinado.
• Objetivo:
- Identificar si el bobinado es simple o múltiple,cruzado o sin cruzar.
Fig. 5.45. Esquema bobinado del inducido de una máquinade ce.
• Medios didácticos:
- Una maquina de corriente continua de excitaciónindependiente.
Una máquina de CC de excitación serie.
- Una máquina de CC excitación shunt.
- Una máquina de CC excitación compund.
• Procedimiento:
1.° Se desmonta cada una de las máquinas de lasexpuestas en los medios didácticos.
2.° Se seleccionan los diferentes inducidos para suobservación.
3.° Se examina el tipo de bobinado que tiene el inducido por medio de los datos que se puedenobtener tras su estudio.
4.° Tras los resultados que se obtienen del estudiode cada uno de los inducidos se realizan los correspondientes esquemas, obtenidos en esquemas que se indican en las Figuras 5.45, 5.46
y 5.47.
• Contesta:
a) ¿Cuáles de los inducidos estudiados son imbricados y cuáles son ondulados?
b) ¿Hay algún bobinado inducido alargado?,¿ yacortado?, ¿ y cruzado?, ¿ y no cruzado? ldentifícalo y explica por qué.
e) Según elesquema representado en lo Figuro 5.47,¿cómose identifico el número de polosque tieneun inducido?
Z. n.Z. n.
f) ¿Qué datos son necesarios para el cálculo delbobinado de un inducido? ~
g) Según los esquemas de los Figuras 5.45, 5.46Y5.47, señalo los inducidos con bobinado imbricado simple.
h) ¿Qué es preferible, montar una línea de escobillas o escobillas individuales?
z. n.Z. n.Z. n.
d) Explica losdiferencias esquemáticos entre un bobinado imbricado y un bobinado ondulado.
e) Explica las diferencias entre los aplicaciones deun bobinado imbricado y un bobinado ondulado.
Fig. 5.46. Bobinado inducido de unamáquina de ce.
Fig. 5.47 Esquema bobinada del inducido de unamáquina de ce.
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de corriente continuo
111 Programas de montenim¡ut~preventivo de máquinasde (Orriente continuo
En la Unidad 1 se han considerado diferentes tipos de man
tenimiento de máquinas eléctricas: mantenimiento preventivo, mantenimiento correctivo y mantenimiento planificado.
En el caso de las máquinas de corriente continua, y de cual
quier tipo de máquinas, el sistema de mantenimiento puede desarrollarse desde diversos planteamientos.
Para poder desarrollar un buen programa de manteni
miento, se ha de tener en cuenta, sobre todo, la eficacia yla rapidez de las revisiones, las reparaciones o sustitución
de la máquina en cuestión y las fechas idóneas de menor
producción o mínima repercusión en el rendimiento de lapropia máquina.
Para ello, los factores que se deberán tener especialmente en
cuenta son: un asesoramiento adecuado al plan de mantenimiento propio de cada máquina, una asistencia técnica cualificada y la suficiente celeridad y destreza en el equi
po humano. Se debe contar con los medios necesarios:
historialde la máquina, planning de mantenimiento, equipos
de medidas y control para la detección de averías, equipo de
herramientas para su reparación si procede, celeridad en la
adquisición de los repuestos de las piezas que sustituir, etc.
En muchos casos, las empresas no pueden desarrollar todo
el proceso de mantenimiento de máquinas con sus propios
recursos. Por este motivo, muchas industrias optan por desarrollar el plan de mantenimiento a través de una empre
sa especializada, o por realizar el programa de manteni
miento preventivo de forma mixta, es decir, parte delmantenimiento lo realiza la propia empresa y parte la com
pañía contratada para tal fin.
Podemos comprobar en la Tabla 6.1 la ficha utilizada en el
taller para seguir un proceso ordenado en la gestión de averías de una máquina y conocer su historial.
• Procesos yelem entO$del man ten imien to preven ti vo
Generalmente, en el mantenimiento de máquinas eléctricas,los procesos utilizados y la secuencia en las actuaciones va
rían poco de una máquina y otra.
Tabla 6.1. Ficha historial de overias para lo reparación y mantenimiento de máquinaseléctricas.
Cada máquina debe contar, además de con un historialde averías, con un plan de mantenimiento preventivo específico.
., A. PrO(elOl utilizadol en el mantenimientopreventivo
Los procesos para intervenir en una máquina deberán contar al menos con las siguientes líneas de actuación:
• Planificación.
• Observación.
• Actuación.
• Comprobación.
• Puesta en funcionamiento.
En el mantenimiento preventivo es esencial no realizar paradas de la máquina prolongadas; para ello se realizancomprobaciones específicas.
En los procesos que se han de seguir, hay que diferenciarlas actuaciones de mantenimiento con la máquina en funcionamiento y con la máquina parada.
Las intervenciones que se tienen que realizar con la máquina parada son las siguientes:
• Limpieza con aspirador o aire seco en las partes internasde la máquina.
• Comprobación de escobillas y portaescobillas.
• Comprobación de la superficie del colector y el contactocon las escobillas.
• Comprobación visual de la uniformidad del entrehierro.
• Comprobación visual del equilibrado del rotor.
• Comprobación de holguras y ajustes en el rotor.
• Comprobación de la placa de bornes, de las conexionesvisibles y de la sujeción de las bobinas.
• Medición de puesta a tierra y de resistencias de aislamiento.
• Examen del estado de los aislantes. En caso de estar•. resquebrajados, se limpiarán, se secarán y se rebarni
zarán.
• Comprobación de la maniobra de arranque.
• Comprobación del engrase de los elementos mecánicos.
• Limpieza de los conductos de ventilación.
Las actuaciones que se pueden realizar con la máquinaen funcionamiento, al no suponer ningún riesgo, son
las siguientes:
• Limpieza exterior.
• Comprobación de la ventilación adecuada.
• Comprobación de la temperatura de funcionamiento.
• Observación de ruidos, vibraciones y roces.
• Medición de la tensión de alimentación y la intensidad defuncionamiento, que se contrastarán con las características correspondientes de la máquina.
En la Tabla 6.2, podemos observar un plan de mantenimiento preventivo y correctivo de un ciclo anual.
a, B. Útilel empleadol en el mantenimientode máquinal eléltrim
Son muchos los útiles que se emplean en el mantenimientode máquinas de corriente continua, pero lo particular de estos útiles es que son en su mayoría confeccionados por elpropio equipo de mantenimiento, en función de las necesidades que van surgiendo.
Estos útiles pueden ser: destornilladores adaptados a lasranuras del rotor, hojos de sierra preparadas para extraerlas cuñas de aislamiento de las ranuras, hojas de sierrapara cortar los aislamientos, máquina para decaparhiloesmaltado, baquetas con cerdas de acero para la limpieza de ranuras, espadines de nylon para adaptar el hiloesmaltado en la ranura, maza de cuero natural que permite golpear y moldear las bobinas, anillos fijadores deplástico para agrupar los hilos de las bobinas, etc.
En la Figura 6.1, podemos ver varios útiles fabricados porel mismo equipo de mantenimiento; en muchos casos pueden tener aplicaciones diversas, ya que en el mercado noexisten este tipo de útiles.
Para la detección de vibraciones y ruidos, se emplea elestetoscopio, aparato que se coloca sobre la carcasa dela máquina y, a través de un conducto, transmite el ruido alos acoples del oído.
Para la medición del calentamiento de la máquina, se utiliza el termómetro, al que se le acoplan unas sondas parallegar a di.ferentes puntos de la máquina. Podemos ver cómoes un termómetro en la Figura 4.12.
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Medición de resistencia de aislamiento y puesta tierra
Comprobación de maniobra de arranque
limpieza exterior
Observar ruidos, vibraciones
Tabla 6.2. Plan de mantenimiento preventivo de ciclo anual de un generador de corriente continua.
[
j?~,;q,,"'~¡
,....---
Hoja de sierra adaptadapara extraercuñas de cierre
Eje del inducida
Cojinetes a extraer
Palas del extractar
Eje del extractar
tor provocando la salida de éste del eje de la máquina,
como podemos ver en la Figura 6.3.Hoja de sierra con mangopara cortar aislamientos
de cierre de ranuras
~~F=¡::=:;] Tornillos de tensada de hojaI
Arco de sierra especial Hoja de sierrapara rebajar mica del colector
Fig. 6.3. Extracción del co¡inete del rotor de una máquina.
Fig. 6.1. Diferentes útiles empleados en el manlenimiento de máquinas.
Nivelador
Cuando se acoplan dos máquinas, se utiliza un niveladorpara la nivelación de los ejes. Se ajustan las varillas del nivelador a los ejes, y cuando sus puntas están alineadas, significa que la nivelación es correcta. En la Figura 6.2 podemos ver como actúa un nivelador.
Nivel de burbuja
Es una herramienta utilizada para equilibrar las máquinasen la superficie de trabajo; se emplea para el nivelado tanto horizontal como vertical.
Consiste en una regla que tiene una pequeña ampolla deagua en la que se encuentra una burbuja de aire. Para lacorrecta alineación, la burbuja de aire deberá estar en elcentro de la parte superior del nivel.
útil alineadar Aplicaci6n de la a1ineaci6n Fig. 6.4. Nivelde burbu¡a paro planohorizontal y vertical.
Fig. 6.2. Alineación de máquinas.
Si es necesario detectar la polaridad de los bobinados seemplea la brújula, que, colocada cerca del bobinado,capta el campo magnético de la parte del bobinado que sequiere comprobar.
.- Extractor de poleas
Esun útil eficaz para la extracción de poleas, cojinetes y tapas de carcasas. Su funcionamiento consiste en acoplar aleje de la máquina el eje del extractor. Con las palas del extractor colocadas en el cojinete, giramos el eje del extrae'
Galgas de espesores
Es un conjunto de pletinas con espesores exactos paraajustar las uniones de poleas o medir el entrehierro de lamáquina. Podemos ver el juego de galgas en la Figura 6.5.
Molde para ranuras
Es un útil que se emplea para dar al aislante la misma forma de la ranura en la que se aplica. Como podemos ver enla Figura 6.6, una vez confeccionado el aislante que rodeaa la ranura, éste se amolda para que ocupe todo el volumen de la misma; de esta forma el hilo entrará en ella conmás facilidad.
--- Diversos espesoresde galgos: 0,1 - 1 mm
Mango tipa funda
\Fig. 6.5. Juego de galgas de espesores.
Fig. 6.6. Molde de aislante de ranura.
.1 L Máquina! yherramienta! empleada!en el mantenimiento de una máquina
Como se ha podido comprobar en la Unidad 1, las he
rramientas y máquinas utilizadas en el mantenimiento de
máquinas son muy específicas: bobinadora eléctrica, bobi
nadora manual, devanador estático, juego de moldes, comprobador de inducidos o zumbador, comprobador integral
de motores eléctricos, bobina taladradora portátil, taladrosensitivo, esmeriladora, etc. En algunos talleres tienen fresa
dora para la rectificación de inducidos.
En cuanto a herramientas generales, no deben faltar:
• Armario mural de panoplia.
• Juego de destornilladores planos.
• Juego de destornilladores Phillips.
• Juego de destornilladores Stecker.
• Alicate de boca plana.
• Alicate de boca redonda.
• Alicate universal.
• Alicate de punta.
• Aguja larga.
• Mordazas.
• Tijeras de electricista.
• Soldador eléctrico.
• Comprobador de continuidad acústico.
• Detector de tensión (buscapolos).
Las llaves son esenciales en el desmontaje y montaje de
máquinas. Por este motivo no pueden faltar:
• Llaves fijas dobles.
• Llaves ajustables.
• Llaves de tubo.
• Llaves acodadas.
• Llaves de vaso .
• Análisis secuencia Idel mao te n¡mieoto pr eve ntivo
Como se ha podido ver en la Tabla 6.2, la secuenciación del
plan de mantenimiento preventivo de una máquina es va
riable.
Los elementos que conforman una máquina eléctrica no tienen la misma actividad funcional, es decir, no tienen el mis
mo grado de deterioro. Por ejemplo, una escobilla que está
en rozamiento constante con el colector tiene mayor des
gaste que las conexiones de la placa de bornes.
Esto nos indica que la secuenciación en un mantenimientopreventivo sólo se realiza con el factor tiempo y por cada
elemento.
., A. Comprobación de lo! an(/ajel. Iliminacjónde vibracjone! y ruido!
Una de las causas que puede producir desequilibrios y vi
braciones en una máquina es la desnivelación de la propiamáquina. Por este motivo es importante la colocación nive
lada y ajustada de sus anclajes.
La nivelación se puede realizar colocando la máquina enuna cimentación adecuada o en carril nivelado. Una vez
colocada la máquina en su sitio, terminaremos de nivelarcon cuñas preparadas para tal fin, situadas de manera quela burbojo de aire quede en la parte superior del nivel, como
muestra la Figura 6.7.
.-
Bancadade hormigón
Fig. ó.7. Nivelación de una máquina eléctrica.
• 1 B. limpieza de 101 aillamiento!. ~ecado
y rebarniladoSe dan casos en que los aislamientos están recubiertos deuna película de aceite o de suciedad adherida. Deben limpiarse con un paño humedecido en petróleo para, rápidamente, pasarles un paño limpioy seco.
En la actualidad, existen pulverizadores para la limpiezade grasas, aceites, etc., que facilitan considerablemente lalimpieza de las máquinas, al proyectar el líquido pulverizado incluso en partes de la máquina donde no se puedeacceder.
Una vez limpia la máquina, se repasará el bobinado, aplicándole barniz con una brocha.
la forma más rápida para secar el rebarnizado es emplearel horno de secado por resistencias, aunque también se utilizan resistencias calefactoras con difusor de calor y al aire(termoventiladores) .
• 1e Prueba de aillamiento y continuidaddel circuito
la prueba de aislamiento se debe realizar durante la operación de secado, cada cuatro horas y durante un minutoen cada prueba.
los bobinados con una resistencia óhmica superior a los50000 ohmios pueden secarse con el propio calor interno.
En el caso de las máquinas de corriente continua, se deberá desconectar el inductor serie.
la prueba de continuidad se realiza antes de la limpieza,y una vez rebarnizado y secado, se vuelve a comprobarla continuidad y la derivación a masa. En la Figura 6.8se puede apreciar cómo se realiza la prueba de conti
nuidad.
Bobinado inductorshunt (El-E2j
IComprobador
acústicode
continuidad
Bobinado inducida(Al-A2)
Fig.6.8. Comprobación de continuidad de una máquina de corrientecontinua.
.1 D. limpim del colector. !Hado ypmiónde lal mobillal
El colector se debe limpiar periódicamente del polvo y lasuciedad que normalmente se produce en los ambientes detrabajo con máquinas. Para ello se puede frotar con unpaño sobre las delgas.
Tambiénse puede limpiar el colector frotando las zonas sucias, con movimientos circulares, con una Iiia muy fina ocon un paño impregnado en petróleo.
., L Reviljón de 101 borne! y conexionel jnteriomlas conexiones de una máquina de corriente continua se realizan en su placa de bornes, componente de fácil accesopara la revisión de sus contactos con los bobinados. la comprobación de continuidad es una operación que clarificabastante el estado de las conexiones.
1i
I
Si la comprobación se realiza con un aparato sonoro decontinuidad, al agitar levemente las conexiones, se puedendetectar por el sonido las defectuosas.
Mediante la resistencia de los bobinados se puede comprobar de forma exacta si existe una mala conexión, por laresistencia de contacto que se produce.
• 1 f. (on¡ervación de los (ojiHelel. (omprobaciónde la regularjdad del entre~ierro
Los cojinetes son elementos esenciales para el buen funcionamiento de todos los demás elementos. Un cojinetegastado produce un movimiento descentrado en el inducido y, por tanto, un entrehierro desigual; asimismo puedeocasionar un rozamiento entre el estator yel rotor, y provocar una rotura de las chapas magnéticas tanto del estator como del rotor.
Conviene comprobar la holgura de los cojinetes moviendo el eje verticalmente, como se puede observar en la Fi·gura 6.9.
Fig. 6.9. Movimiento vertical comprobondo el desgoste de los coiinetes.
lB Pruebas poro lo localizoción deoveríoL 5iHemas de reparación
En todo taller de reparación y mantenimiento de máquinaseléctricas y en toda actuación del equipo de mantenimiento, la propia empresa realiza una prueba de recepción dela máquina.
Las pruebas de recepción se centran en:
• Detección de contactos a masa en los circuitos del inducido y del inductor.
• Detección de interrupciones en los circuitos del inducidoy del inductor.
• Detección de cortocircuitos en los circuitos del inducido ydel inductor.
También se determina la colocación correcta de las escobillas y la polaridad de los circuitos inductores e inducidos .
Para ello se utilizan útiles y aparatos que permitan obtener,de manera rápida, una valoración inicial para la detección dela avería y para realizar seguidamente su reparación.
Los aparatos de medida son los instrumentos que generalmente se utilizan en la detección de averías, además delcomprobador de continuidad, el zumbador para los inducidos y la brúiulo.
Una vez hechas las comprobaciones pertinentes y antes dedesmontar la máquina, se procede a identificar las posiciones que la carcasa y las tapas de la máquina tienen alser recepcionadas.
Para que el montaje de las tapas se realice en la misma posición en la que se desmontó, éstas se señalan con un punzón. En la Figura 6.10 se pueden observar las marcas enla carcasa y las tapas de la máquina.
Señales de referencia en el montaje
Fig. 6.10. Marcos de identificación de lo posición de lo carcasa y los Iopas.
., A. Averías del (i¡¡uito indu(tor: deHebado.aislamiento d1!H!'¡új) y cEnl'1Vj iHC 11
El inductor es la parte de la máquina de corriente continuaque menos mantenimiento tiene, debido a la nula exposicióna movimientos mecánicos, lo que permite un rápido y eficaz mantenimiento.
]
Las averías más comunes del bobinado inductor son: Salida conexiones íBobinada inductor
Fig. ó.12. Localización de averías en un bobinadainductor.
Fig. 6.11. Puntas frecuentes de contactos a masa del bobinada inductor.
Pala inductor
e inducido deben ser conexiones sólidas y compactas, para
evitar que se aflojen por vibraciones o por calentamiento yproduzcan averías.
La mayoría de las conexiones incorrectas son contactos amasa, bobinas con espiras cortocircuitadas o interrupcio
nes espontáneas del circuito.
En la Figura 6.13, se observan diferentes averías que se
pueden producir por una mala conexión, como son conexiones flojas, terminal roto, etc.
Comprobación de continuidadpar cada bobina
• Bobinas con espiras cortocircuitadas.
• Interrupciones espontáneas del circuito.
Descebado
En un generador de corriente continua, es la pérdida delmagnetismo remanente del circuito magnético.
El descebado no es una avería ni mecánica ni eléctrica;si se considera una avería, se puede tipificar como una ave
ría magnética, ya que el descebado de una máquina se pro
duce por aportar corriente que provoca un flujo opuesto alflujo remanente del circuito magnético.
Este flujo anula completamente el flujo remanente, lo que
hace que el generador no produzca corriente. Para volver
a crear el magnetismo remanente, se deberá aplicar al bobinado shuntuna fuente de corriente continua durante doso tres minutos.
• Contactos a masa.
• Descebado del circuito magnético.
• Aislamientos defectuosos.
Estos desperfectos se producen por vibraciones y por sobrecalentamiento, que ocasionan derivaciones a masa y
cortocircuitos en espiras, lo que provoca el funcionamientodefectuoso de la máquina.
En la Figura 6.11, se pueden observar los puntos donde,
con más frecuencia, se producen los contactos a masa. Enla Figura 6.12 se puede observar cómo se localizan las interrupciones o contactos defectuosos mediante un comprobador de continuidad.
Aislamiento defectuoso
En una máquina eléctrica, el aislamiento defectuoso puedeproducir múltiples averías. En el caso del bobinado induc
tor o de excitación, las averías más frecuentes son las producidas por el deterioro del aislamiento que cubre la bobi
na inductora, y el deterioro del aislamiento del propio hiloesmaltado.
Conexiones incorrectas
En muchos casos, en las conexiones se producen averíasque son fáciles de prevenir.
Las conexiones que se realizan en la caja de conexiones y las que se establecen a lo largo del circuito inductor
.1 B. Pérdidal del entrehierro: lUllitu(iónde (ojinete!. !quilibrodo del rotor
Como es sabido, el entrehierro es el espacio libre que separa el rotor del estator. El entrehierro debe ser siempre uniforme en toda la circunferencia de la máquina, es decir, que
Fig. 6.13. Averías que sepuedenproducir pardeterioro de losconexiones.
la distancia entre el rotor y el estator deberá ser siempre lamisma en toda la longitud de la circunferencia.
tuados en las tapas de la carcasa de la máquina. En la Figura 6.15, se pueden apreciar las bolas del cojinete donde se produce el desgaste.
Conexión Aojo
Bobinado"-t::::=1~-- Inductor
Hilo roto
Solidoa caja
de barnasrato --\-.!o=--<
Pérdidas del entrehierro
Enalgunos casos se producen alteraciones de este espacioque llegan a ocasionar averías que, en muchos casos, soncomplicadas de reparar. En la Figura 6.14, se puede observar el entrehierro.
-----1r'r--\--- Entrehierro
Fig. 6.14. Entrehierro existente entre el rotor y el estator de una máquinaeléctrica.
Las causas que producen el desajuste del entrehierra son diversas; entre otras, el desequilibrio eléctricoy mecánico delrotor.
Sustitución de cojinetes
No cabe duda de que la causa más generalizada del desajuste del entrehierro es el uso de la máquina, que produce desgaste en los soportes del eje (cojinetes) que están si-
Desgastede las bolas
Fig. 6.15. Indicación del desgaste de los rodamientos.
El cojinete se sustituye mediante un extractor de cojinetes y, como indica la Figura 6.3, las palas del extractorsiempre se deben colocar en el anillo interno del cojineteaplicándole la fuerza correcta.
Una fuerza excesiva aplicada al extractor en el desmontajedel cojinete puede producir daños en el eje y en el propioextractor.
Equilibrado del rotor
La maniobra de equilibrado de un rotor se realiza cuandose observan ruidos extraños y vibraciones que no se hansuprimido con el cambio de cojinetes. ~
Esta operación se realiza colocando el rotor sobre un caballete especial con ruedas giratorias; haciéndolo girar suavemente con un impulso, se observará que si se para en lamisma posición después de varias veces, la parte más pesada será la que quede en la parte inferior del rotor.
El equilibrado se realiza colocando tiras de metal (plomo,latón o cobre) entre las cuñas y el aislante de las ranurasopuestas a la parte más pesada del rotor.
También se equilibra haciendo la operación contraria, esdecir, limando o taladrando la parte del rotor más pesada con la finalidad de reducir el peso en esta zona. En laFigura 6.16 se puede apreciar el punto de desequilibrio deun rotor.
1
-
Regla
1Desequilibrio
Fig. 6.16. Detección deldesequilibrio de un rotor.
• , L Mal eludo del colworEl colector, cuando está en mal estado, produce ruidos, chisporroteos, frenado de la máquina, bajo rendimiento, etc.Los colectores, cuando no giran perfectamente o tienen lasuperficie irregular debido a la presión desigual de las escobillas, se deben alinear manualmente por medio de lijas,rascadores y otros elementos que puedan servir para minimizar los efectos que se han citado.
Cuando una parte importante de la superficie del colectorestá defectuosa, se procederá al alineamiento mediante elrectificado y el torneado. Para el pulido se utiliza lija fina.
Una de las causas que propician averías en el inducido esel deterioro del aislamiento entre delgas. Si el aislamientono está suficientementebajo con respecto a las delgas, seránecesario bajar el aislamiento (láminas de mica).
Para bajar el aislamiento se utiliza una hoja de sierra conespesor adecuado, o bien fresas especiales para esta operación. El aislante de mica debe quedar al menos 1,5 mmpor debajo de las delgas, como indica la Figura 6.17.
• 1 D. !HObillal galladal: mOljción.AjulIe del portaembillal
Como sabemos, las escobillas son elementos de carbón especial que conectan eléctricamente el inducido con el circuito exterior. Los soportes o portaescobillas llevan un muelle que aprieta la escobilla sobre el colector.
Las escobillas deben cambiarse antes de que la pinza de sujeción repose sobre el portaescobillas; de esta manera, conseguiremos una buena presión en el contacto con el colector.
Fig. 6.17. Separación de aislantes entre delgas.
En la Figura 6.18 se puede observar el portaescobillascon la escobilla incorporada, y la distancia que sobresale la escobilla del portaescobillas hasta reposar en elcolector.
Fig. 6.18. Portaescobillas.
Las escobillas deben apoyarse en el colector en toda su superficie. Cuando se procede al cambio de escobillas, éstasse deben colocar de manera que la curvatura del colectorcoincida con la curvatura de la escobilla.
Entre las escobillas y el colector, se colocará un papel deliia fina para que éstas se adapten a la curvatura del colector. En la Figura 6.19, se puede observar la forma correcta de lijar las escobillas para adaptarlas mejor a la curvatura del colector.
l'r
Fig. 6.19. Adaptación de lasescobillas al colector.
Hilo de polosauxiliares roto
Mal contacto Conexión con escobillaentre escobilla / rota
y colector
...___--_1 ,------,Comprobador
acústicode
continuidad
Conexión can escobillarota
El rotor se va girando mientras se comprueban las delgascontiguas superiores hasta detectar la bobina que está interrumpida.
En la Figura 6.21, se puede observar cómo se compruebala interrupción de una bobina en el inducido.
Fig. 6.20. Procedimiento para poderdetectar interrupciones en el circuitoinducido.
Cara abrasivade la lija
II Cara de papelVa lela
Forma incorrectade lijcrescobilla
Forma correctade lijarescobilla
• Conexión entre los circuitos inductor e inducido defectuosa.
[gl!. Bobina del indu(ido abierta: inlpwióndel (olellor.lillemal de reparación
las causas que pueden provocar interrupción en el circuitodel inducido sondiversas. Entre ellas, lasque se citana continuación son las más comunes:
• Mal contacto entre escobillas y colector.
• Cable de escobilla roto.
• Hilo de polos auxiliares cortado.
• Bobina del inducido cortado.
• Soldaduraen colector defectuosa.
En la mayoría de los casos, la inspección visual de los puntosde conexión y contacto es suficiente para detectar la interrupción de cualquiera de los circuitos de la máquina.
En el caso de no ser detectada la interrupción del circuito,se procederá a la localización mediante comprobadorde continuidad u óhmetro, para verificar si el circuito seencuentra abierto o cerrado.
Inducido bobinado
En la Figura 6.20 se puedeapreciar cómose localiza la posible interrupción en el bobinado inducido.
También se puede localizar la interrupción del bobinado inducido mediante elzumbador electromagnético. Unavezconectado el zumbadora la red, se unen lasdelgas contiguas que se encuentran en la parte superiordel rotor.
Si las bobinasque se conectan a esas delgas no están interrumpidas, deberán saltar pequeñas chispas en las conexiones con las delgas. En el caso de no saltar chispas, labobina conectada a esas delgas está interrumpida o malconectada.
Fig. Ó.21. Procedimiento parapoderdetectar interrupciones en bobinas deun inducido.
.1 f. Bobina del inducido en (ortocircuito.[mliza(ión del zumbador. Repara(ión
El cortocircuito en el bobinado inducido se produce en elmomento en que:
• Dos espiras de una misma bobina se encuentran encontacto eléctrico y se ha perdido el aislamiento en esepunto.
J
• Entre dos bobinas contiguas se produce el contacto eléctrico y se ha perdido el aislamiento en ese punto.
• Dos bobinas ocupan una mismo ranura, se produce elcontacto eléctrico y se ha perdido el aislamiento en esepunto.
Cuando una bobina del inducido se encuentra en cortocir
cuito, el calentamiento que se produce en ella es fácilmente localizable, siempre que se tenga acceso inmediato al inducido.
En el caso de tener que desmontar la máquina para la de
tección de la avería, el procedimiento para la localizaciónde la bobina en cortocircuito será utilizando el zumbadorelectromagnético.
El procedimiento habitual para la localización de un cortocircuito en el inducido con bobinado imbricado es utilizar
el zumbador electromagnético y una hoja de sierra, comose puede ver en la Figura 6.22.
El procedimiento que. se ha de seguir para la localizacióndel cortocircuito mediante el zumbador es colocar la ha
[o de sierra longitudinalmente sobre la ranura superior delinducido.
El inducido se va girando de forma que se mantenga la hoja
de sierra en la ranura superior. Cuando la hoja de sierra vibre, produciendo al mismo tiempo un zumbido, la ranura
en la que se produce la vibración y el zumbido es la que aloja una bobina en cortocircuito.
La hoja de sierra vibrará en las dos ranuras donde se en
cuentre la bobina, por lo que no será complicado localizarla bobina averiada.
En los inducidos con el bobinado ondulado, la localización
del cortocircuito será algo más complicada. El inducido se
colocará de la misma manera en el zumbador, pero se com
probará entre delgas contiguas, con un milivoltímetro¡la delga en la que el milivoltímetro detecte menor tensión
será en la que se encuentre la bobina en cortocircuito.
., G. Bobina del indu¡ido derivada amalaEn muchas ocasiones nos encontramos con una derivación
a masa que nos obliga a desconectar todos los circuitos porlas interconexiones existentes.
La localización de un contacto a masa en una má
quina de corriente continua requiere revisar todos los cir
cuitos eléctricos. Una vez localizada la derivación a masa
yen el caso de ser en el circuito inducido, se procederá aldesmontaje del mismo para su comprobación.
Se puede detectar la derivación a masa mediante dos pro
cedimientos:
• Mediante comprobador de continuidad acústico.
• Mediante zumbador electromagnético.
Localización con comprobador de continuidadacústico
La localizaciónde derivación a masa se realiza conectondo un
terminaldel comprobador de continuidad en el eje del induci
do, y el otro terminal, en cada una de las delgas del inducido.
Enel caso de que el comprobador de continuidad suene en
tre el eje y una delga, la derivación a masa se encontraráen la delga o en la bobina conectada a esa delga. En la Fi
gura 6.23 se puede apreciar este procedimiento.
¡I
Hoja de sierro Inducido
Comprobadorde
continuidadacústico
Ejedel inducido
Delgadel colector
Fig. 6.22. Localización de cortacircuito en un inducido.Fig. 6.23. Loc~lización de cantocto a masamediante comprobador de con
tinuidad acústico.
Localización con zumbador electromagnéticoy milivoltímetro
la localización de derivación a masa se realiza colocandoel inducido en el zumbador y conectándolo a la red eléctrica. Conectando un terminal de prueba en la delga superiory el otro en el eje del inducido, el milivoltímetro deberá desviar la aguja detectando tensión.
El inducido se va girando; si comprobamos siempre el procedimiento anterior en la delga superior, en el momento enel que en una delga no se detecte movimiento en la agujadel milivoltímetro, habremos encontrado la bobina derivada a masa, que será la conectada a esa delga.
En la Figura 6.24 se puede apreciar cómo se realiza lalocalización de derivación a masa de un bobinado inducido.
Inducido
Zumbodorelectromognético
Fig. 6.24. Locolización de derivación a masa ,,!edianle miliva/tímetra.
Protedimiento poro lo reposi(ióndel bob inodoin du(ido
Para la confección del bobinado de un inducido, se recurrea varios métodos. Aunque todos se realizan a mano, algunos de ellos requieren útiles y herrmnientm d;b""tes
los métodos para la realización de los bobinados son:
• A mano. Confección de las bobinas directamente sobreel inducido.
• Semimoldeados. Confección de las bobinas mediante moldes, y colocación y ajuste en las ranuras amano.
• Moldeados. Confección de las bobinas mediante moldes, pero, a diferencia del método anterior, la colocaciónse hace directamente desde el molde diseñado para talfin.
• Con pletinas. la confección de las bobinas con pletinas o barras se emplea en inducidos de gran tamaño; esun procedimiento que requiere útilesy herramientas muyespecíficas.
Por los tipos de inducidos que se manipulan en los talleresy aulas específicas de los Ciclos Formativos, estudiaremoslos bobinados de inducidos confeccionados a mano.
.1 A. Anólilil de 101 10rolteríltilOS lonstrultivosdel rotor y del tipo de bobinodo
En la reparación de una máquina eléctrica de corriente continua se han de tener en cuenta, antes de comenzar la reparación y después de localizar la avería, las características mecánicas y eléctricas de la parte de la máquina quese va a reparar.
la manera lógica de proceder es anotando esas características en una ficha donde se recopilen todos los datos quese deben tener en cuenta, incluso para facilitar otras posibles reparaciones posteriores .
• , B. Rmgido de dotos en el dOlUmento opropiodola confección de un modelo de ficha para la recopilaciónde datos de la máquina facilita en gran medida el proceso de la reparación y, sobre todo, la coriíprobación posterior de la máquina.
la Tabla 6.3 recoge un modelo de documento para la recopilación de datos de un inducido.
.1 L Operolión de desbobinodo y preporoljónde los elementos melónilos
En la operación de desbobinado hay que evaluar el estadG~Jde la chapa del núcleo y tener especial cuidado con lasarandelas de fibra de sus extremos.
Para poder desbobinar el inducido, procederemos a la desoldadura de las bobinas con las delgas; a continuación,
Caballetes
1
Inducida
Caballetes
rramienta que se puede observar en la Figura 6.26. Esta
herramienta contiene en la punta un elemento cortante quepermite que, una vez cortadas las bobinas, se puedan ex
traer por la parte opuesta del colector.
Fig, 6,25, Desmonioíe de los cuñas de cierre,
Martilla eléctrico
iI
--- ---~-------------+---_._---- ----.----------.-
¡ Número de serieI- - -- --~---·~---r-----~------'-----·--··----·--·-
Tabla 6.3, Modelo de Ficho de dotas poro un inducido.
Potencia (w) I Tensión (V) i Intensidad (A)----------- .------. -- -------~--- ----r--------------·-
i Frecuencia (Hz) i Factor de sobrecargar-·-----~~ -.-------.------~~---~ ---l-·~ ----~------- ..------------, Número de ranuras i Número de fases,
i Número de delgas ¡ Calentamiento admitido (oC)
¡11~_V~lo=id~d(r~;~~~~_=_=~]~~=o-~e~~bin~----, I --------~--i
I Diómetro del conductor (mm) i, Distancia entre centro! I de ranura y centro de micaI Ir'-"'.---. --'-,----- ----,'-,--- ' " " ---, '1, Distoncio entrecentro Número de espiras II de ranura y centrode delga ! por bobina I
If&?~it~oo d;~l~~::C~mb~]~=18 ~
1 2 345 6 7 8 9 O 1 2 3 456 781
II r-~bI3 4 5 617'8[910¡11213i41 II U_L _-'----l-J I
L----------------------------lI Delgas II I
.'
para proceder a retirar el bobinado, se extraerán las cuñasy otros aislamientos.
En la Figura 6.25, se puede apreciar cómo se extraen las
cuñas de sujeción, para después quitar todo el bobinado.
En la operación de desmontaje, el aislamiento de las ranuras se retira totalmente para colocar aislantes nuevos.
El desmontaje del bobinado puede resultar bastante com
plicado. Al estar el bobinado barnizado y muy compacto,ofrece bastante dificultad; en estos casos, una vez extraídoel colector del eje, se somete el inducido al calor del hornode secado para aflojar el barnizado y facilitar de esta manera el desmontaje.
También se puede desmontar cortando los hilos por la sali
da de las ranuras, bien con un alicate de corte o con la he-
Fig, 6.26, Corte de las bobinas del inducido,
Para la colocación de los hilos en las ranuras, debemos colocar un aislamiento. Éste se confecciona con papel presspan o poliéster.
El aislamiento de la ranura del inducido (cajetín) exige preparar previamente el laminado aislante, cortándolo, do
blándolo, etc., trabajo que siempre resulta minucioso. Parareducir el tiempo en la construcción del cajetín aislante, enel mercado se pueden encontrar estos cajetines ya confec
cionados.
En la Figura 6.27 se puede observar un cajetín ya elaborado, y en la Figura 6.28, los cajetines de las ranuras en elpropio inducido.
Fig. 6.27. Caietín aíslante de la ranura de un inducido.
Fig. 6.28. Caietines de ranuras en el inducido completa.
Las cuñas de cierre de las ranuras se construyen de madera, de poliéster, de fibra de vidrio, etc., y son de diferentes tamaños para diferentes potencias. En la Figura 6.29, sepueden observar diferentes tipos de cierre de ranuras dediferentes materiales.
Cuñas de madera
Cuñasde Fibra
Fig. 6.29. Cuñas de cierre de ranuras de inducida.
Una vez desmontado y limpiado el colector y revisadas lasdelgas, se procede al montaje en el eje; la colocación delcolector se debe hacer, exactamente, a la misma distanciadel final del eje que se midió en el proceso de desmontaje(véase la Figura 6.30).
Colector
Eje
. ,¡--"". I .
IDistancia
eje-colector
Fig. 6.30. Medidapara la colocación exactadel colectar.
.1 D. lmencialión de 101 opmljompara la repolilión del bobjnado
Una vez desmontado, restaurados losdesperfectos del inducido y tomados los datos del inducido en la ficha de datos, seprocede al rebobinado en proceso secuencial, es decir,las operaciones del rebobinado deberán ser ordenadas y precisas.
La elección del hilo
Para la elección del hilo, debemos medir el diámetro delhilo desmontado del inducido con un micrómetro o pálmero Para poder efectuar la medida con precisión, se deberá quitar el barniz que aisla el conductor; a continuaciónse realiza la medida, como se observa en la Figura 6.31.
;..
Fig. 6.31. Medidadel diómetro del hilocon el micrómetro o pólmer.
j
Fig. 6.34. Parte del proceso de monlaie de lasbobinas del inducido.
1
4." Bobina
2." Bobina
Hilo de partida
7
1.°Bobina
3."Bobina
~-~__...l5
Una vez introducidas las bobinas en cada ranura, éstas secerrarán con el mismo aislamiento del cajetín, como podemos ver en la Figura 6.35, y posteriormente se ajustará conlas cuñas de cierre de madera, de poliéster o de fibra de
vidrio.
Elaboración y montaje de las bobinas
Una vez determinada la medida del hilo esmaltado y anotada en la ficha de datos, se construye el bobinado del inducido. Este bobinado, como se expuso anteriormente, seconstruirá a mano, ya que los inducidos utilizados en talleres de formación son de pequeña potencia.
En la Figura 6.32 se puede comprobar cómo se realiza elmontaje del bobinado de un inducido pequeño: sujetandoel inducido con una mano, mientras se bobina con la otra.En la Figura 6.33, el bobinado del inducido se realiza sobre caballetes.
Espadín de fibrapresionando la solapa
I
Cierre con cuña de madera
I
Aislamientoque separa la capa
superior de la inferior
Debe sobresalir 5 mm
L
Espadín de fibracerrando la segunda solapa
I
Fig. 6.35. Proceso de cierre de lasranuros.
Fig. 6.33. Montaje delbobinado de un inducido sobre cabal/etes.
Fig.6.32. Monlaie delbobinado de un inducido sobrela mano.
En el proceso de montaje de las bobinas, se deberá seguirel esquema que se realice del inducido una vez conocidaslas características en la ficha de datos. En la Figura 6.34,se puede ver parte del proceso de montaje de las bobinasdel inducido. El proceso terminará una vez ocupadas todaslas ranuras.
--
Fig. 6.37. Proceso de banda;econ cuerdade un pequeño inducido.
• Con brocha: su eficacia es escasa debido a la dificultad de penetración en todos los huecos del bobinado. Estemétodo se aplica para reparaciones y pequeños defectosen los aislamientos. En la Figura 6.38 se puede observarel barnizado con brocha.
Bucle
Bucle
Final
Extremo libre
Extremo libre
Barrade estaña
Para que no produzca cortocircuito en el momento de lasoldadura y resbale el estaño por detrás del colector, las conexiones se hacen con el inducido ligeramente inclinado,dejando el colector en la parte más baja, como indica la Figura 6.36. Manteniendo el soldador vertical, se evitará queel estaño se extienda por la delga contigua.
Fig. 6.36. Forma de soldar las conexiones enel colector.
Conexiones
Las conexiones de las bobinas se realizan en el colector soldando las puntas de las bobinas a las delgas correspondientes del mismo.
El zunchado del inducido tiene por objeto sujetar los hilos que se dirigen al colector para su conexión y para evitar que las bobinas se salgan de las ranuras por la fuerzacentrífuga.
El zunchado de los pequeños inducidos se conoce comobandaie y se realiza con cuerdas. En los inducidos degrandes dimensiones, el zunchado se realiza con alambrede acero dispuesto a lo largo de la periferia del inducido,pero sin salir de la superficie del mismo.
Un bandaje debe estar fuertemente atado y compacto. Enla Figura 6.37 se puede observar el método que se ha deseguir en el bandaje de un pequeño inducido. Fig. 6.38. Barnizado del bobinadamediante brocha.
Barnizado
El barnizado es el barniz aislante que se aplica sobre los bobinados para mejorar su aislamiento y su solidez. Un buenbarnizado debe impregnar todas las partes del bobinado,incluido el interior de las ranuras si es posible.
Los procedimientos más utilizados en el barnizado son:
• Por pulverización: es un barnizado más uniforme yllega donde el pincel no puede llegar; se realiza mediante un pulverizador.
• Por inmersión: consiste en sumergir el bobinado enun recipiente de barniz, y moverlo para todos lados con
" .j
el objetivo de evacuar todo el aire a la superficie. En laFigura 6.39 se puede ver el procedimiento de barnizadopor inmersión.
11I Normos de seguridad en elID on te n¡ID ¡en to de IDóq u¡na s
Fig. 6.39. Método porobarnizar un inducido por inmersión.
Inducido sobrecaballetes
Caballetes
Manivela acoplado...~~ Las normas que se han de seguir, en el mantenimiento demáquinas eléctricas, siempre son el buen uso de las herramientas y la ausencia de tensión en las máquinas que se
van a reparar.
El estado de conservación de las herramientas es muy importante. No se debe realizar el desmontaje de una máquina con herramientas deterioradas o inadecuadas. Encada proceso de reparación de averías deben utilizarse lasherramientas y útiles adecuados.
El puesto de trabajo deberá tener toma de corriente cercapara la prueba con el zumbador electromagnético y evitarlargos y enredados cables por el suelo.
Las herramientas y útiles deben estar situadas en el sitio co
rrespondiente para efectuar con rapidez cualquier tipo dereparación.
Autoevaluación
1. ¿Es siempre posible tener un equipo de mantenimien
to en la empresa? Razona la respuesta.
2. ¿Qué equipo de herramientas y útilesse necesita paraun buen mantenimiento?
3. Explica dos procedimientos para detectar sobrecalentamiento en una máquina de corriente continua.
4. ¿De qué material aislante es la separación entre delgas del colector?
5. ¿Qué es el descebado de una máquina de corrientecontinua?
6. ¿Cómo se detectan espiras en cortocircuito en un inducido?
7. ¿Cómo se debe soldar en el colector los hilosde las bobinas del inducido?
8. ¿Cómo se cambia un cojinete?
9. ¿De qué materiales están fabricados los cajetines deranuras y las cuñas de cierre?
10. ¿Qué función tiene el barnizado en la terminación del
bobinado de una máquina eléctrica?
Actividades de enseñanza-aprendizaje
11. Planifica sobre una máquina convencionalde corriente continua las secuencias de lasoperaciones que requiere el mantenimiento preventivo.
• Objetivos:
- Exponer las secuencias del mantenimiento pre
ventivo de un generador de ce.- Exponerla frecuencia deactuaciónsobre cada ope
ración de mantenimiento de una máquina de ce.• Medios didácticos:
- Programas de mantenimiento preventivo de em
presas del sector.
- Partes de trabajo de operarios en empresa demantenimiento.
• Procedimiento:
1.° Analiza las averías posibles de un generador decorriente continua.
2.° Calcula y consulta en empresas de manteni
miento de máquinas eléctricas la frecuencia delas diferentes operaciones de mantenimiento.
3.° Ordena y clasifica en función de la frecuencia
de mantenimiento.
4.° Confecciona un programa de mantenimiento
preventivo cíclico con periodo de un año.
• Contesta:
a) ¿Qué diferencias encuentras entre un programa
de mantenimiento preventivo y un historial de
averías?
b) ¿Con qué líneas de actuación se deberá interveniren el mantenimiento de una máquina eléctrica? •
c) ¿Cuáles son las actuaciones que deberán reali
zarse con la máquina parada?
d) ¿Cuáles son las actuaciones que se pueden rea
lizar con la máquina en funcionamiento?
12. Anali:za las averías más comunes que se producen en una máquina de corriente continua.
• Objetivo:
- Aplicar los conocimientos adquiridos en esta uni
dad para conocer las averías más comunes en
una máquina de ce.• Medios didácticos:
- Máquinas de corriente continua.
- Equipo de medidas.
Equipo de herramientas específicas.;.,
- Útiles específicos para el mantenimiento de má
qUinas.
- Máquinas relacionadas con el bobinado de má
quinas.
• Procedimiento:
- Mediante los equipos de medidas, herramientasy útiles, detecta las posibles averías de una má
quina eléctrica.
• Contesta:
a) ¿Sabes detectar por el ruido el mal estado de uncojinete? Explica por qué.
b) ¿Sabes detectar por el funcionamiento cuándo elcolector está sucio? Explica por qué.
c) Explica el procedimiento para la detección de uncortocircuito en el inducido mediante el zumbador electromagnético.
d) Explica el procedimiento para la detección deuna derivación a masa en el inducido medianteel comprobador de continuidad acústico.
e) Explica el procedimiento para la detección deuna interrupción en el bobinado inducido.
13. Detecta las posibles causas del funcionamiento defectuoso de una máquina de CC.
• Objetivos:
- Analizar los síntomas de funcionamiento defectuoso de una máquina.
- Citar las diferentes causas para su reparación.
- Efectuar el procedimiento en caso de funciona-miento defectuoso de una máquina de ce.
• Medios didácticos:
Documentación sobre máquinas eléctricas.
- Máquinas de corriente continua.
- Equipo de medidas.
Equipo de herramientas específicas.
- Útiles específicos para el mantenimiento de máquinas.
• Procedimiento:
1.0 En la puesta en marcha de la máquina, noarranca.
2.0 En la puesta en marcha de la máquina, gira avelocidad muy inferior a la normal.
3.0 En la puesta en marcha de la máquina, gira convelocidad superior a la normal.
4. 0 Durante el funcionamiento, se producen chispasen el colector.
5. 0 Durante el funcionamiento, la máquina se calienta.
6. 0 Duranteel funcionamiento, la máquina hace ruido.
7.0 En la puesta en marcha del generador, no ge
nera corriente.
8.0 Al conectar la carga al generador, la tensiónbaja rápidamente.
9.0 Durante el funcionamiento del generador, la tensión no alcanza la tensión nominal.
• Contesta:
a) Cita las posibles causas de las detecciones defuncionamiento defectuoso, con los siguientes in
dicios:
- En la puesta en marcha de la máquina, noarranca.
- En la puesta en marcha de la máquina, giraa velocidad muy inferior a la normal.
- En la puesta en marcha de la máquina, giracon velocidad superior a la normal.
- Durante el funcionamiento, se producen chis'pos en el colector.
Durante el funcionamiento, la máquina secalienta.
Durante el funcionamiento, la máquina haceruido.
- En la puesta en marcha del generador, no genera corriente.
- Al conectar la carga al generador, la tensiónbaja rápidamente.
- Durante el funcionamiento del generador, latensión no alcanza la tensión nominal.
b) Cita al menos tres posibles causas de defectos defuncionamiento que coincidan con dos funcionamientos defectuosos.
14. Detecta el cortocircuito en el inducido e identifica las características del esquema delbobinado inducido de una máquina de corriente continua.
• Objetivos:
- Conocer el procedimiento a seguir para la detección de averías y la recopilación de datos.
";., jb} ¿Qué aparato te ha sido más eficaz para la detección de la derivación a masa?
c) Explica cómo has actuado para corregir la deri
vación a masa.
- Tornillo micrométrico.
- Polímetro.
Óhmetro
- Ficha para toma de datos.
- Calibre.
- Zumbador electromagnético.
Comprobador de continuidad acústico.
- Extractor de poleas.
- Equipo de herramientas para el desmontaje.
• Procedimiento:
1.° Inspección visual para detectar el contacto a
masa.
- Eliminar el contacto a masa si el contacto es exterior y visible.
• Medios didácticos:
• Objetivos:
- Detectar mediante los aparatos adecuados, la
derivación a masa del bobinado inducido.
2.° Conectar el comprobador de continuidad o el
óhmetro entre cualquiera de las delgas y masa
para comprobar la derivación a masa.
3.° Realizar la prueba de la detección a masa para
la localización de la bobina exocto mediante elzumbador electromagnético.
4.° Actuar sobre el contacto a masa para la desaparición de la derivación a masa si el contacto
es visible y exterior.
• Contesta:
a) ¿Qué efecto puede producir una derivación a
masa?
15. Localiza la derivación a masa del bobinadoinducido de una máquina de corriente continua.
1.° Inspección visual para detectar el cortocircuito.
2.° Aplicación de tensión al inducido para detectar
los puntos calientes.
3.° Desmontaje de la máquina para la extracción
del inducido.
Ficha para toma de datos.
Calibre.
- Polímetro.
c} ¿Qué necesitamos para detectar un cortocircuito?
• Medios didácticos:
- Interpretar los elementos que integran los dife
rentes elementos para la anotación de los valo
res de cada uno de ellos.
- Determinar el cálculo y esquema del bobinado
inducido a identificar partiendo de los datos obtenidos.
Tornillo micrométrico.
Extractor de poleas.
Zumbador electromagnético.
Comprobador de continuidad acústico.
Equipo de herramientas para el desmontaje ymontaje.
• Procedimiento:
4.° Comprobación de la resistencia, continuidad y derivación a masa de cada uno de los bobinados.
5.° Anotación de los datas; número de ranuras, del
gas, seccionesinducidas, ancho de bobina, anchode sección, número de polos, paso de colectar.
6.° Con los datos obtenidos y anotados debidamente en la ficha de datos, confeccionar el es
quema del bobinado identificado.
• Contesta:
a) ¿Cuáles son las principales averías del inducido
de una máquina de corriente continua?
b) ¿Qué sintamos aparecen cuando el inducido deuna máquina de corriente continua está en cortocircuito?
:(nsoYWY;;II;~BíQ#11i!D'b sde (O rrle nte (O ntinua
Tabla 7.1. Normalización de las barnes de las máquinas de ce.
Excitación serie
Al A2 Dl D2
0000
Esquema simplificado
Al A2 Bl B2 Dl D2
O 0000
Excitación shunt con polos auxiliares
Al A2 El E2
0000
Esquema de conexiones
Batería I'---------11 1-1-----
Al A2 Fl F2
0000
Excitación compund
Al A2 Fl F2 Cl C2
000000
Excitación independiente Excitación shunt
Bobinado inductor independiente
Bobinado inductor. Serie
Bobinado auxiliaro de conmutación
Esun generador de eeque recibe la corriente de excitación
mediante una fuente de energía del exterior.
En la Figura 7.1, se representa el esquema eléctrico de ungenerador de excitación independiente, con el circuito de
excitación conectado a una fuente de en:rgía exterior (batería).
Fig. 7.1. Generador de excitoción independiente.
111 Generador de euHO(¡~~in dep endie nte
• 1 A. Generador de ¡orriente íOntjnua
Para un correcto desarrollo de los ensayos de las máquinas
que se van a estudiar en esta unidad, se debe conocer almenos el funcionamiento, la excitación y el conexionado de
cada una de las máquinas que se van a tratar.
Vamos a estudiar el funcionamiento de la máquina de eepor separado, es decir, la máquina de corriente continuacomo generador (dínamo) y como motor.
La mayor parte de la energía eléctrica que se consume es
la suministrada por generadores de corriente alterna (alternadores). Pero determinadas aplicaciones industrialesnecesitan la utilización de la corriente continua.
La corriente continua se está utilizando cada vez más como
corriente rectificada de la corriente alterna. Pero el estudio
yel uso de estas máquinas están justificados por la versatilidad de la propia máquina; una máquina de corriente con
tinua es reversible, es decir, se puede utilizar como generador y como motor.
Se diferencian en el funcionamiento: para que un genera
dor produzca corriente, debe ser arrastrado por su eje en
un movimientocircular que haga girar el inducido y se obtenga corriente entre sus bornes.
En cambio, a un motor de ee hay que aplicarle corriente enlosbornes del inductorpara crear el campo magnético y pro
ducir de esta manera el par de giro del inducido o rotor.
La corriente de excitación es la que recorre el bobinado in
ductor y produce el campo magnético.
El campo magnético que se produce en las máquinas eléctricas de ee está proporcionado por electroimanes, que
crean los campos suficientes para que su funcionamientosea idóneo.
En unidades anteriores se vio que, según su sistema de ex
citación, los generadores se clasifican en:
• Generador de excitación independiente.
• Generador autoexcitado.
La designación de los bornes que nos encontraremos en lasplacas de las máquinas de ee está normalizada de la siguiente manera:
• Guerüanu a2 H. lipui y(la~ifi(a(¡ón por su exrita{ión
.-
111 Generador autoeuitadoEs la máquina que produce ella misma su excitación to
mando la corriente de excitación de su propio inducido.
la autoexcitación en estos generadores es posible por el
magnetismo remanente que hay en el circuito magnético.
Al hacer girar el inducido mediante una máquina motriz a
su velocidad nominal se induce una fem {E,} muy pequeña,
ya que el flujo remanente es pequeño en los primeros momentos.
Esta pequeña fem se hace circular por el inducido a veloci
dad constante; esto reforzará el campo magnético aumen
tando la f.e.m. inducida (El)'que aumentará a su vez la corriente, y así sucesivamente hasta alcanzar la fem nominal
(En) de la máquina.
Fórmula 7.1
E= K· <1>, . n
Donde:
K= constante del inducido
<1>, = flujo útil producido por el magnetismo remanente
n = velocidad nominal
E= f.e.m. de cebado
Si la velocidad es constante, la fuerza electromotriz será:
Fórmula 7.2
El proceso de cebado progresivo que se produce en el bo
binado inductor, se puede representar siguiendo la secuencia:
Magnetismo remanente -1 E, -1 lex.l -1 E, -1 lex.2 -1 E2 -1 ...
-t Jex n -7 Enominal
lo descrito anteriormente no sería posible si en el circuitomagnético del inductor no existiera magnetismo remanen
te, por lo que tendríamos que conectar el bobinado inductor a una fuente de corriente continua externa durante untiempo determinado.
Para comprobar si existe magnetismo remanente y qué polaridad tiene, recurrimos a la brújula. Si la comprobación
se hace con el inductor serie, la tensión que se aplique de
berá ser baja (24 voltios en corriente continua). Si la com
probación se hace con el inductor shunt, la tensión que apli
car será de 110 V en corriente continua.
la brújula determinará el polo N o S y se seguirá compro
bando cada inductor adyacente, de manera que tenga laorientación opuesta al polo anterior, y así hasta completar
todo el recorrido de los polos inductores. En la Figura 7.2, se
puede ver la determinación de la polaridad de los inductores.
Fig. 7.2. Determinación de lapolaridad de las inductores mediante brújula.
Según el tipo de conexión, los tipos de generadores auto
excitados son:
• Generador con excitación serie.
• Generador con excitación derivación o shunt.
• Generador con excitación compuesta o compund.
., A. Generador con excitación serieEsaquel cuyo bobinado inductor (DI' D2) está conectado en
serie con en inducido (A" A2), de manera que la intensidadque circula por el circuito interior y por el exterior (carga)
es la misma. En la Figura 7.3, se puede observar el generador con excitación en serie.
Formula 7.3
R, = resistencia del bobinado inductor serie
U. = caída de tensión de escobillas. Se considera de valorun voltio; por lo tanto, 2 . 1 = 2 V
1= Intensidad que absorbe la carga
Donde:
1; '" intensidad que suministra el inducido
lex '" intensidad o corriente de excitación
1'" intensidad que absorbe la carga
La tensión en bornes del inducido según la leyde Ohm será:
Fórmula 7.4
Ub = E- (R; . 1- R, . J) - 2 . U.
Donde:
E= fem de cebado
Ub = tensión en bornes de la carga
R; = resistencia del inducido
Esquemade conexiones
Fig. 7.3. Generador con excitación serie.
Esquemasimplificado
Un generador con excitación en serie aporta una intensidad de 1,59 A a una carga exterior que consume unapotencia de 350 W. El rendimientoeléctricodel inducido esdel 96 %. Calcular la resistencia interior del inducido si laresistencia del bobinado en serie es de 0,98 n.
La tensión en bornes será:
P 350Ub = - = - - = 220V
I 1,59
Se conoce el rendimiento del inducido como el cocienteque resulta de la potencia útil que absorbe la carga y lapotencia total.
Fórmula 7.S
() - -
m, B. Generador con excitación derivoción olhunt
Esaquel cuyo bobinado inductor (E" E2) está conectado enderivación con el inducido (A" AJ
P, =~ = 350 =364 5 WllG 0,96 '
La diferencia entre la potencia total y la útil correspondea la potencia que por efecto Joule se pierde en el cobre(Pp), despreciando la PFe•
La resistencia total del circuito (R,), una vez despreciadala caída de tensión en las escobillas, está formada por R,y R;.
Pp =P, - P, =364,5 - 350 =14,5 W
v, = R,· J2
Como R, = R, + R;
R; =R, - R, =11,98 - 0,98 =11 n
La intensidad que circula por el inducido es la suma de lasintensidades de excitación y de la carga exterior. En la Figura 7,4 se puede observar el generador con excitación derivación o shunt.
T1
Esquemade conexiones
Fig. 7.4. Generador de excitación s~unt.
ES9uemasimplificado
.1 L Generador íOR wiu(ión (ompuelta o(ompundEs el generador que dispone de dos bobinados inductores,uno conectado en serie con el inducido (DI' D2) Yotro conectado en derivación (El' E2) .
Por ser un generador formado por un bobinado en serie yotro en derivación, su nombre es compuesto o compund.
Las formas en las que se puede conectar el bobinado inductor en derivación son:
Derivación corta, conectando el bobinado shuntantes deconectar al inducido el bobinado serie, como se puede veren la Figura 7.5.
Serie
Serie
Fig. 7.5. Generador compund, conexión corto.
Carga
Fig. 7.6. Generador compund, conexión larga.
Shunt
Carga
Derivación larga, conectando el bobinado serie al inducido antes de conectar el bobinado shunt, como se puede observar en la Figura 7.6.
Un generador con excitación shunt genera en vacíouna tensión de 220 V. Al someterse a una carga, latensión baja a 210 V. Calcula la intensidad que absorbe la carga si la resistencia shunt (Rd ) es de 98 ny la R¡ es de 8 n.
La fem inducida en carga será:
E= Ub + (R¡ . IJ + 2 . U.
220 = 210 + 8 . 1; + 2
l. = 220 - 212 = 1 A, 8
1 =ii=210=218AexRd 98'
",-""""",.:,:;;;;:.=""",,-~_._........."=,,-,,,~,.,-_._---, ..~---_ ..-.
I U.' R,'. IUb = R· 1
Ub = E- (R¡ . I¡) - 2 U.
Donde:
La tensión en bornes del inducido, por ley de Ohm, será:
Fórmula 7.6
Rd = resistencia del bobinado derivación o shunt
R= resistencia de la carga
R¡ = resistencia del inducido
U. = caída de tensión en las escobillas de valor 1 V. Portanto, 2 U. = 2 . 1 = 2 V.
-
• (urvos de (oroueríUiusdel gener adorde ((
Hasta ahora no ha sido posible establecer un método matemático que relacione las magnitudes que intervienen en elestudio y funcionamiento de las máquinas de ce.Para establecer relaciones entre las magnitudes de unamáquina de CC se ha recurrido a los ensayos de lasmáquinas, y a partir de los resultados obtenidos, se determinan representaciones gráficas o curvas características, que nos permiten analizar y predecir el comportamiento de la máquina en sus diferentes estados defuncionamiento.
Las curvas de características nos permiten conocer la variación de una magnitud con respecto a otra cuando lasmagnitudes restantes permanecen constantes.
Como se ha comprobado en los ejercicios de aplicación,las magnitudes que intervienen en el funcionamiento de ungenerador son:
• Tensión en bornes de la carga (U¡,j
• Corriente de excitación (I.xl
• Corriente suministrada por el inducido (f;)
• Velocidad de giro (ni
La posición de las escobillas se considera fija.
La relación entre las magnitudes citadas nos lleva ala necesidad de representar una función en las que intervengan las cuatro magnitudes.
Como es complejo relacionar cuatro variables, se recurre ala representación de una variable en función de otra, mientras que las demás permanecen constantes, pudiendo asídeterminar las diferentes curvas de características.
.1 A. Tipos de curvas de características esencialesen los generadores de ((
Los diferentes tipos de excitación de una máquina de CCson motivo suficiente para conocer sus características másfuncionales y poder establecer el mejor servicio con las mejores garantías de funcionamiento.
A continuación trataremos las curvas de características más
representativas que se pueden determinar en función de lasmagnitudes estudiadas.
Característica en vacío
Es la curva que representa la tensión en bornes en vacío, para una velocidad de rotación determinada, en función de la corriente de excitación. La característica en va
cío se expresa:
Siendo:
1;= O
n = constante
Característica en carga
Es la curva que representa la tensión en bornes enfunción de la corriente de excitación, para una velocidad de rotación y una intensidad en el circuito exteriorconstantes. La característica en carga se expresa:
Siendo:
n = constante
1; = constante> O
Característica de excitación o regulación
Es la curva que representa la corriente de excitaciónen función de la corriente suministrada por la máquina, para una velocidad de rotación y una tensión en borne~ constantes. La característica en carga se representa:
t; = f (1;)
Donde:
Ub = constante> O
n = constante
Característica exterior
Es la de mayor interés, ya que es la curva que representala tensión en bornes en función de la carga delgenerador, manteniendo constantes los valores de la intensidad de excitación y la velocidad de rotación. La característica exterior se representa:
J
Donde:
lex = constante> O
n = constante
• Interpretuión de los (unos decoracterísticos del generadorde excitación independiente
Eo (V)
v: (V)
las propiedades del generador con excitación independiente se determinan en función de los aspectos derivadosdel estudio de la curva de características.
"---------------.1" (Al
Fig. 7.7. Partes de la curvaen vacíode un generador de CC de excitaciónindependiente.
las ventajas para la determinación de las curvas de características del generador de excitación independiente pasapor no condicionar el inductor al inducido, y viceversa.
., A. (urvo de coroeteríltico en vacíoAl funcionar la dinamo de excitación independiente en vacío, la fem coincide con la tensión en bornes; por ello estacurva se representará por:
., B. (urvo de corocteríltico en cargoAl funcionar el generador de excitación independiente encarga, se produce en el inducido una caída de tensión pordos motivos: por la propia resistencia del bobinado inducido, además de la producida en las escobillas, y por lacaída de tensión como consecuencia de la reacción delinducido:
En la curva se distinguentres partes. la parte inferiores recta; al producirse una corriente de excitación muy pequeñalos amperios vuelta generados son absorbidos por elentrehierro.
la característica en carga se deberá hacer con un valorconstante en la corriente de carga.
En la Figura 7.8, se obtiene la curva de características enfunción de la carga; se representan cuatro curvas para losdiferentes valores de la carga o intensidad nominal.
Punto de cortocircuito
Siendo /, la intensidad nominal
f-.L..:L.....__----------I~A, ~
Fig. 7.8. Curvas de características en carga de un generadorcon excitación independiente.
Esta parte es muy inestable por su elevada inclinación, yaque una pequeña variación de la corrientede excitaciónproduce una gran variación la tensión en bornes rUbo)'
En la parte intermedia, conocida también como codo, sepierde la proporción entre la corriente de excitación y latensión en bornes, lo que produce el inicio de la saturación del circuito magnético; esta parte de la curva, al sermás estable, es la recomendada como zona de funcionamiento.
En la parte final de la curva, se llega al punto de saturación de la chapa magnética, y se produce una recta;
.- aunque varíe bastante la corriente de excitación, la tensiónen bornes no sufre apenas variación.
En la Figura 7.7, se representa cada una de las partes dela curva de característica en vacío del generador de excitación independiente.
.' L (urva de caraeterí¡tjca de regulaciónla característica de regulación determina las variaciones dela corriente de excitaciónen diferentes regímenes de cargas,comprendidos entre el vacio y la plena carga: (1ex) = f (1;).
La curva de regulación permite conocer la fuerza magnetomotriz del circuito inductor necesaria para cualquiervalor de intensidad de carga.
Si nos atenemos a la curva de características de regulaciónde la Figura 7.9, podemos ver cómo la curva corta al ejede ordenadas en un punto, que corresponde con el valorde la corriente de excitación necesaria para suministraruna determinada tensión en bornes en el momento delarranque.
El punto Bde la curva corresponde a la corriente de excitación necesaria para suministrar la tensión en bornes,cuando el generador suministracorriente a plena carga (In)'
La línea horizontal (Eo) representa la tensión en vacío queeste generador produce (1 = O), Ypermite comprobar, paracualquier valor de la carga, la caída total de tensión delgenerador.
En el funcionamiento a plena carga indicado por el puntoA en la curva, la caída de tensión será:
Cuando la carga alcanza valores elevados, aumenta tantola caída de tensión interna, principalmente por la reaccióndel inducido, que la tensión es cercana a cero. Si la intensidad siguiera aumentando llegaría al punto de corto'circuito. En la Figura 7.1 0, se puede observar la curva decaracterística exterior del generador en cuestión.
Ao-------- ----Ea
______Punto de funcionamiento
------- o pleno carga
InB
-,\
Fig. 7.10. Curva de característica exteriorde un generador de CC deexcítocíón independiente.
Fig.7.9. Curvos de características de regu/ocíón de un generador conexcítocíón índependiente.
a.. In ..
b
Si el generador dispone de polos auxiliares y bobinado decompensación, se contrarrestará la reacción del inducidoy la caída de tensión se reducirá, dando lugar a una nuevacaracterística, Ub = f (J), con menos inclinación. Esta nueva característica la podemos ver en la Figl,Jra 7.11.
~
f!.:IIIl D. (urva de caraeteríltica exteriorComo se ha estudiado anteriormente, Ub = f(l). Con la característica externa del generador que estamos estudiandose puede comprobar cómo cae la tensión en bornes de lacarga a medida que va aumentando la intensidad absorbida de los receptores, mientras permanecen constantes la corriente de excitación y la velocidad del inducido.
La curva se representa tomando el eje de abscisas para losvalores de la intensidad de carga, y el eje de ordenadaspara los valores de la tensión en bornes.
1IR; + Re! + 2U,
o IL- I~I
Fig. 7.11. Curva de característica exteríor con la reaccíón del inducídocorregido.
shunt 1,1
I¡1I
----o -+ O-<ll-- Ubo
Ubo= RshLJnt . t;
1 ~
Las propiedades del generador autoexcitado se determinanen función de los aspectos derivados del estudio de las curvas de características.
La característica en vacío, en carga, de regulación y la deexterior son las curvas que se van a estudiar en los generadores de ee autoexcitados.
111 (u nos de uraueríst iusdel generador autoexcitado
.1 A. (urvo de (oto eterílti(O en vacío del generadorl~unt
Al circular por el inducido una corriente de excitación cuando funciona en vacío, hace que no se cumpla la condiciónde que la corriente de carga sea nula. Al ser la corriente deexcitación muy pequeña, si la comparamos con la corriente de carga, se puede afirmar que la curva se obtiene prácticamente en vacío.
La curva de característíca en vacío del generadorshunt vendrá dada por la función Ubo = f (1ex); si la comparamos con la curva de vacío del generador independiente, se puede comprobar que existen las tres partes indicadas en la curva en vacío: la recta inicial (1), el codo(2) y la zona de saturación (3).
En la curva de vacío, se puede ver cómo la curva comienza en el eje de ordenadas, y cuenta con una pequeña tensión en bornes, producida por el magnetismo remanente.
F· 7 13 Esquema de conexiónde un generador shun!.Ig. . .
.-1 B. (urvo de (oro¡teríltj(o en (argo del generadorlh un t
La curva de característica en carga del generadorshunt, dada por la función Ub = f (1ex), siendo 1> O y n =constante, es muy parecida a la característica en carga delgenerador de excitación independiente, aunque con unapequeña variación.
En el generador de excitación independiente, la corrienteexterior {I} y la del inducido (1;) coinciden; en el generadorshunt no coinciden, y se cumple la función:
Fórmula 7.7
1; = 1+ (lexl
En la Figura 7.14, se representa la curva para dos valoresde la carga, muy parecida a la curva en carga del generador de excitación independiente.
--
1=0
1_.1 ,- 3 '1=1,
I~ L---------------1~ I~
Fig. 7.12. Curva de característíca de vacíode un generador shunt, Fig. 7.14. Característica para dos valores de carga.
.1 L Curva de lOIo(terílli(o de regulacióndel generador lhunl
La curva de característíca de regulación del generador shunt lex =f (IJ es prácticamente igual, y permite averiguar la excitación necesaria para cualquier carga.
,~
A
AL.---
1,
C Bloe IOB
loe= Corriente debido 01 magnetismo remanente
10B =Corriente de carga para la que se obtienen dos tensiones: U, - U,Imo;,; = Corriente exterior máximo, quees (2 a 2'5) 'n
Fig. 7.16. Curva de característica exterior de un generador shunt,
Fig. 7.15. Curva de característica de regulación en un generador shunt.
• , D. Curva de (oroeteríllj(O exterior del generadorlhunt
a
"
bla curva de característica de vacío, salvo el punto inicial,que corresponde al magnetismo remanente del circuito inductor, donde la corriente de excitación será cero.
Se puede determinar la característica en vacío separandoel circuito serie del inducido y aplicando una tensión de unafuente exterior.
La curva de característica exterior del generadorshunt, Ub = f (JLno mantiene constante la corriente de excitación por variar ésta en función de la tensión en bornes.Para ello se toma como variable constante la resistencia delcircuito de excitación, es decir, del inductor shunt.
Como se puede comprobar, la característica exterior de ungenerador shunt tiene algunas diferencias con respecto algenerador de excitación independiente, como:
• Bajada de tensión al pasar de vací~ a carga.
• Aumento limitado de la corriente de carga.
• Se obtienen dos valores de tensión (U¡ - U2) para unamisma corriente de carga.
• , L Curva de coraeteríltico en vado del generador mieEl generador con excitación serie presenta el inconveniente de su inestabilidad en el suministrode la tensión. Para elnormal funcionamiento de este generador, es necesaria unacarga exterior.
Este generador presenta una corriente de excitación iguala la corriente exterior, por lo que no es posible determinar
'----------------_/~=,
Fig. 7.17. Curva de característica de vacío en un generadorserie.
.1 f. Coroeteríltjco de (argo del generador mieEl funcionamiento normal de este generador, como se haexpuesto en el apartado anterior, es el de funcionamiento en carga, por ser necesaria la circulación deuna corriente de excitación por el inductor.
El circuito de excitación es atravesado por la corriente decarga. Para evitar pérdidas de tensión y potencia, se cons-
truye el bobinado con pocas espiras de gran sección. Delas curvas de características posibles, la que más interéspuede tener es la de característica exterior.
., G. (urva de ¡ara({Híllica exrerior de un generadormie
La característica exterior del generador serie, Ub = F(1), nocumple la condición de mantener la corriente de excitaciónconstante alvariar con la carga, aun manteniendo la velocidad constante.
Como se puede observar en la Figura 7.18, al principiolo curva presenta una inclinación considerable, lo que lahoce inestable, yo que una pequeña variación en la cargo provocará una variación considerable en la tensión enbornes.
Aldisminuir la resistencia de carga, aumenta la corriente decarga y la tensión en bornes, y se alzanza el valor máximoen el punto e de la Figura 7.18.
Si la resistencia de carga siguiera bajando, la tensión enbornes llegaría a anularse, lo que provocaría una elevaciónen la corriente de carga que llegaría hasta el punto A, y elgenerador funcionaría en cortocircuito.
Ccaracterística exterior
-, , ,, A
Fig. 7.¡8. Curva de característica exterior de ungeneradorserie.
.111 (urvos de corauerísticosdel generador compund
La excitación del generador compund esta producida por elbobinado shunly el bobinado serie.
Cuando los dos bobinados producen el campo magnéticoen la misma dirección, hablamos de compund aditivo,y cuando producen campos magnéticos opuestos, recibe elnombre de compund diferencial.
Las características de funcionamiento del generador compund están comprendidas entre el generador serie y shunl.
Lascaracterísticas que responden al funcionamiento del generador compund son las de vacío y las de exterior.
., A. (urva caraeteríllica de vacío de un generadorcom pund
El funcionamiento en vacío del generador compund se essimilar a la de un generador shunl, ya que la corriente querecorre el bobinado serie es insignificante.
Por lo tanto, la curva característica del generador compund en vacío será idéntica a la del generador shunl envacío.
L- • f~
Fig. 7.19. Curva característica de vacíode ungenerador compund.
., B. (urvo de característica eXlerior de un generadorcom pund
En los generadores compund se relacionan las características del generador shunl y serie, originando las combinaciones siguientes:
• Generador compund: proporciona una tensión enbornes estable para cualquier carga (Figura 7.20).
• Generador hipocompund: proporciona una tensiónen bornes decreciente con el aumento de la carga. En esta
1
curva predomina la excitación shunt con respecto a laserie (Figura 7.20).
• Generador anticompund: proporciona una tensiónen bornes muy decreciente con el aumento de la carga(Figura 7.20).
• Generador hipercompund: proporciona un ligeroaumento de la tensión en bornes al aumentar la corriente de carga. En este tipo predomina le excitación serie conrespecto a la excitación shunt (Figura 7.20).
~~~============- hipercompundcompund
hipocompund
shunl
anticompund
Fig.7.20. Características exleriores de ungeneradarcompund y un generadorshunt,
lB {orauerísticu fundamentalesdel motor de ((
A lo largo del texto se ha expuesto que la máquina de corriente continua es reversible, es decir, que su aspecto constructivo se puede utilizar para genera~ory para motor.
El caso que nos ocupa, es decir, el motor de CC, transforma la energía eléctrica en energía mecánica.
La aplicación del motor de corriente continua es mayor quela de los generadores, ya que prácticamente toda la generación de energía en sistemas de potencia se hace en corriente alterna.
Las magnitudes que intervienen en los motores de CC son,fundamentalmente:
• La velocidad de rotación (n).
• El par motor (M).
• La corriente del inducido (I¡).
• La corriente de excitación (1ex).
• La tensión en bornes (Ub).
Para estudiar el comportamiento del motor, relacionaremosla velocidad de rotación, el par motor y la corriente de excitación, con la tensión en bornes constante.
Al relacionar las tres variables citadas, obtendremos unafunción de tres variables:
f (n, M, 1;) = O
Al igual que sucedía en los generadores, la combinaciónde variables da lugar a las siguientes características.
.1 A. (urvo coroeteríltico de velocidadEs la curva que representa gráficamente la velocidad delmotor en función de la corriente del inducido:
En la Figura 7.21, se puede comprobar la relación entre lavelocidad y la corriente del inducido.
n
(2)
I (1)- - - -- - -- - - + - -- - -- - --1
1 II1
IIIIII
;,,1
I1
II1
Fig. 7.21. Característica de velocidad del motorde ce.
.1 B. (urvo coroeteríltico de por motorEs la curva que representa gráficamente el par motor enfunción de la corriente del inducido:
M=f{l¡)
En la Figura 7.22, se puede comprobar la relación entre elpar motor y la corriente del inducido.
M
Fig.7.22. Características de par motar.
• Por su funcionamiento.
Como se pudo comprobar en unidades anteriores, los motores, por su excitación, pueden ser:
• Motor con excitación independiente.
• Motor con excitación derivación o shunt.
• Motor excitación serie.
• Motor excitación compuesta o compund.
Las características específicas de las máquinas de corriente continua y los bornes de identificación de los bobinadosson las mismas que se han expuesto para los generadoresde corriente continua.
.1 L Curvo de ¡orolteríltico mecánicoEs la curva que representa gráficamente el par motor enfunción de la velocidad de rotación:
En la Figura 7.24 están representados los esquemas simplificados de cada uno de los tipos de excitación de los mo
tores de ce.
red+ --.----,-----
red+-_e_----,----
M = f(M, n)
o,
E,
red
E,
E, E,
Motor excitación compuestao compund
Motorexcitación derivacióno shunt
+ ---.>-------,---,--
o,
o,
red
Motor excitación serie
+ ...-----,-,----
Motorexcitación independiente
n
------------ (JIIIII
II
- - - - - - - - - - - - t- (2)I II II II II II I
M
En la Figura 7.23, se puede comprobar la relación entre elpar motor y la velocidad de rotación.
Fig. 7.23. Característica mecánica.
Fig. 7.24. Motores de corriente continua.
• El motor de corriente continua_ en serVIcIo
Entre las diferentes formas de clasificar los motores de corriente continua, se pueden destacar dos:
• Por su excitación.
III!I (oraeteríst ica sOeneraIesaplicadas en los motores de ce
Las características utilizables en el estudio de los motoresde CC son:
• Característica de velocidad.
• Característica de par motor.
La expresión para determinar la velocidad en todos los motores de corriente continua, de manera simplificada, será:
Fórmula 7.S
Al disminuir el flujo por reacción del inducido al aumentarla carga, aumenta la velocidad, por lo que al disminuir eldenominador de la Fórmula 7.8, aumentará la velocidad,como indica la curva 2 de la Figura 7.25.
Puede ocurrir que la reacción del inducido sea muy elevada, lo que hace que la velocidad aumente aún más, comoindica la curva 3 de la Figura 7.25.
La expresión para determinar el par motor en todos los motores de corriente continua será:
Fórmula 7.9
• 1 B. (aramrílli(d del par motor wita(ión ¡huntSi el flujo permanece constante, la característica del parinterno se mostrará como una línea recta con su principioen el origen de las coordenadas. Se puede ver en la curva1 de la Figura 7.26.
Al no ser el flujo constante, ya que disminuye ligeramente con la carga, la característica del par interno está sensiblemente inclinada, como se ve en la curva 2 de la Figura7.26.
.1 A. (araeterílti(a de velo(idad del motor ¡hun!En el motor de excitación shunt, la velocidad disminuye ligeramente (= 5 %) cuando el par motor aumenta.
Al ser constante la tensión de la red, sólo intervienen en laexpresión las variables R; . 1; y <1>.
La característica del par útil está por debajo de la curvaanterior, a una distancia prácticamente constante; este parcontrarresta las pérdidas, manteniéndose el par constanteen carga y en vacío, por ser la velocidad y el flujo constantes.
Fórmula 7.10M
Al ser el término R; . 1; muy pequeño, la velocidad baja algocon la carga. Se puede ver en la Figura 7.25, en la curva 1.
(1)"--_-----L ~ 1,
Par para Rujoconstante (1)
Con alta reacciónde inducido
~--==;=============-- (21 Al aumentar la carga
n
(3) Con poca carga Fig. 7.26. Caraclerística del par motor con diferenles valores de Ruia.
~------------~ 1,
Fig. 7.25. Caraclerística de velocidad de unmotorshunt.
• , L (araeterílli(a de velO(idaddel mOlor mie
En el motor de excitación serie, al aumentar el par motor,la velocidad disminuye sensiblemente, de la misma manera que el motor no tiene límitede velocidad cuando se encuentra en vacío.
iA
Fig. 7.28. Característica del par motor.
~ L.- ¡~
ti
(2)(1)
M Por interno. Prevaleceel Rujo del
bobinado shunt
A diferencia del motor shunt, la corriente de excitación esla misma que la corriente de la carga, lo que hace variar elflujo con respecto a la carga.
Llegamos a la conclusión de que la velocidad dependerá prácticamente del flujo. En la Figura 7.27, sepuede observar la característica de la velocidad de un motor serie; la velocidad disminuye al disminuir la intensidad,
como se puede comprobar en la siguiente igualdad:
/=1;=/ex
Por lo tanto, este motor no debe funcionar en vacío debidoa la aceleración y pérdida de control en su velocidad; poreso decimos que es un motor muy inestable, cuya velocidadse expresa:
N rpm)
ni - - - - - - - P,
In, --------J_
I 1n, L _1 __
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
L.-------'----L----L--.'i (A)
.1 L (oroeteríltico de velocidod del motor compundLas características de funcionamiento del motor compund,como ocurriera en los generadores, están comprendidas entre las del motor serie y las del motor shunt.
Cuando los Rujos de los bobinados inductores serie y shuntse suman tenemos el motor compundaditivo, mientras queen el motor compunddiferencial los Rujos de los bobinadosinductores serie y shuntse oponen.
De la Fórmula 7.11, se puede deducir que la velocidad delmotor compundaditivo depende directamente de la corrientedel inducido y, por tanto, también del f1uio resultante.
Fórmula 7.11
Fig. 7.27. Característica de velocidad de un motorserie. n=<Pshunt + <1>serie
.1 D. (oro((erÍltico del por motor excitocjón míeAl depender el par motor del producto del Aujo por la corriente, dado que el fluio depende de la corriente, el parmotor será:
En la Fórmula 7.12 se puede deducir la velocidad del motor compunddiferencial.
Fórmula 7.12
Al aumentar la corriente, el motor se satura y el par inter-..- no tiende a un valor constante, como se puede comprobar
en la curva 1 de la Figura 7.28.
La característica del par útil está situada debajo de la característica interna (vercurva 2 de la Figura 7.28), una vez quese le restan losvalores del par que neutralizará las pérdidas.
n=<1>shunt - <1>serie
También se puede comprobar en las Figuras 7.29 y 7.30,la diferencia de característica de velocidad del motor compund aditivo con el motor compunddiferencial; por lo tanto, se deduce que la variación de la característica del mo-
tordiferencial es la oposición de losflujos de los bobinadosshunt y serie.
La forma de la curva dependerá del flujo que prevalezca.Si el Rujo del bobinado serie prevalece sobre el bobinadoshunt, la característica será la curva 2 de la Figura 7.29.
Fórmula 7.13
Mad = K. (<fl ,hun! + <fl ,erie1. 1;
n
Cuando shunt prevalecesobre serie
\
/(2)
Cuando serie prevalecesobre shunt
M
Fig. 7.29. Característica de velocidad del motor compund aditivo.Fig. 7.31. Característica del par motorexcitación compundaditivo.
En el caso del motor compund diferencial, a medida queaumenta la carga, lohacetambién el Rujo serie, y disminuyeel Rujo resultante y, por lotanto, elaumento de la velocidad,como indica la curva 1 de la Figura 7.30.
Sin embargo, en un motor diferencial los flujos se oponen,como indica la siguiente fórmula:
Fórmula 7.14
Mad = K . (<fl ,hun! - <flserie1. 1;
n Al aumentar el Rujo serie,aumenta la velocidad
(11El descenso de la curva 1 de la Figura 7.32 se debe al predominio de la excitación serie sobre la excitación shunt.
L- • J,
Al aumentar el Rujo shunt,semantiene prácticamente
constantela velocidad
Fig. 7.30. Característica de velocidad del motor compund díFerencia/.
~ 1,
La excitación derivaciónpredomina sobre4a serie
/
El descenso es por predominode la excitación
serie sobre la derivocionI
V
M
Fig. 7.32. Característica del par motorexcitación compund diferencial.
(2)\
.1 f. (orocteríltico del par motor, excitocjón compundEl par motor depende tantode la intensidad comodel Rujoresultante de los bobinadosshuntyserie. En el caso de motor aditivo, los Rujos se suman, comose puede comprobaren la Fórmula 7.13.
Fig. 7.34. Regulador de campo de diez tramos de resistencias.
dolo en serie en el circuito inductor cuando la excitación dela máquina es independiente o shunt, y en paralelo al inductor cuando la máquina tiene excitación serie. En la Fi
gura 7.33, se puede ver representado un reóstato de campo para la regulación del circuito de excitación.
los reóstatos de campo también se llaman «reguladores detensión» cuando el receptor necesita una tensión constantey se precisa regular las variables del generador. Si es la intensidad la que debe permanecer constante, se denomina«regulador de corriente».
II
..~---====:;--OB
02
• Bancada con máquina motriz, equipos de generadoresde CC con excitación independiente y autoexcitadas, serie, shunt y compund, equipo de motores de CC con excitación independiente, serie, shunt y compund.
• Cargas eléctricas variables, fuentes de alimentación, cargas mecánicas, reóstatos de campo, reguladores de tensión, medidor de aislamiento o megóhmetro, medidor derigidez dieléctrica de sólidos.
Además de los equipos de herramientas y útiles para elmantenimiento de máquinas eléctricas que se han citado enunidades anteriores, para el ensayo de máquinas de CC elequipamiento es muy específico.
Para el ensayo de máquinas, se debe disponer de un laboratorio de máquinas, donde el cambio, el acople y desacople de las mismas no supongan traslados, y así evitar manipulaciones innecesarias.
Unlaboratorio de ensayos de máquinas debe tener al menos:
• Dos equipos para determinar las magnitudes eléctricas,mecánicas, térmicas, etc.
lID (omponente~ necesario~ paraelen ~ ayo del a máq u¡na
Fig. 7.35. Conexión de un neástato de campo.
+
Excitación derivacióno shunf
+
Excitación compuesta o compundExcitación serie
Excitación independiente
En la Figura 7.35 podemos observar las conexiones de unreóstato de campo en los diferentes tipos de excitaciones delas máquinas de corriente continua.
Fig. 7.33. Bancada de ensayos de móquinos de corriente continua.
• , A. Reóllato de (ampola función del reóstato de campo consiste en variar el Rujodel bobinado inductor de una máquina de CC, intercalán-
•
11I Insayo de aislamiento Vel = 1 000 V + 2 Un
Siendo:
h Rigidez e¡.J dieléctrica
Prueba Fallo
pilotos indicadores
;;--..... Conexión a red
Medidorde tensión en kV
o
Electrodos <de alta tensión
Fig. 7.36. Medidor de rigidez dieléctrico.
Los métodos para la medición de temperatura son:
• Método por termómetro.
Vel = tensión de ensayo
Un = tensión nominal de la máquina
• Método por variación de resistencia.
• Método por indicadores internos de tempera-tura (termistores).
El método por termómetro consiste en medir la temperatu
ra sobre una porte accesible de la máquina.
El método por variación de resistencia consiste en determinar la temperatura de los bobinados mediante el aumento
del valor de su resistencia.
lID Medi(ión de temperaturasde funcionamiento
El aislamiento es uno de losfactores más importantespara que
la máquina pueda estar en perfectoestado de funcionamienta.
Para ello, se recurre a la medida de resistencia de aisla
miento y al ensayo dieléctrico o rigidez dieléctrica.
Generalmente, estas mediciones se realizan entre cada uno
de los circuitos eléctricos y masa, y a cada uno de los cir
cuitos eléctricos que deben estar aislados entre sí.
La medida de aislamiento se realizo con un medidor de ais
lamiento (megger).
La resistencia de aislamiento, dada por el CEI (Co-.
mité Electrotécnico Internacional), recomienda que el valormínimo de aislamiento sea de 1000 r.l por voltio; por con
siguiente, según la expresión, será:
Fórmula 7.15
Ra;,¡> 1000 . U
Donde:
Ra;" =resistencia de aislamiento.
U= tensión mayor de los bobinados.
Con un valor mínimo de 250 k.o.
El ensayo de rigidez dieléctrica se puede definir como la
prueba que se le realiza al aislante hasta el instante de perforación aplicándole una determinada tensión.
El aparato que se utiliza para este tipo de ensayo es el medidor de rigidez dieléctrica (chispómetro). Este apa
rato dispone de una alta tensión en sus puntas.
El ensayo debe aplicarse entre cada uno de los bobinados
y masa, y a los propios bobinados aislados entre sí. El ensayo debe comenzar aplicando una baja tensión y progresivamente aumentarla hasta llegar a la tensión eficaz
de ensayo.
La duración del ensayo va en función del tipo de máquina,
y, por lo general, se realiza en máquinas rotativas con potencia inferior a 10000 kw.
Recuerda
La tensión eficaz de ensayo deberá ser 1 000 voltios, más
dos veces la tensión nominal de trabajo de la máquina.
El método por indicadores internos de temperatura consiste en colocar durante la construcción de la máquina unostermistores en zonas inaccesibles del bobinado, reparti
dos a lo largo de la circunferencia de la máquina.
tarán en determinados tramos de forma que se indiquen así105 diferentes puntos de la curva.
Una vez recogidos 105 datos ascendentes, tomaremos desde el último punto ascendente hacia 105 puntos anteriores,pero con 105 valores descendentes, hasta llegar al punto inicial del ensayo. Estos datos los anotaremos también en latabla de valores, y completaremos así 105 datos del ensayo.
En la Tabla 7.2 se pueden apreciar 105 distintos apartados
para la anotación de valores.
lID Insoyo en lu generadoresde ((
La determinación de cada característica se realizará parael generador de excitación independiente, que cumple todos 105 requisitos que se estudiaron en el Apartado 7.5.
Los ensayos en 105 generadores de CC serán:
• Los determinados para las características de vacío.
• Los determinados para las características de carga.
• Los determinados para las características de regulación.
• Los determinados para las características exteriores.
., A. (nlayO del generador en vacíoComo se recordará del apartado 7.5, la característica envacío se representa por:
f:\M ------\J-------Máquina motriz
1I
.-
Eo= f (1ex)
Para la /; =O ; n =constante
En la Figura 7.37 se puede apreciar el esquema de montaje que corresponde a un generador de excitación independiente; el circuito inductor será alimentado por una fuenteexterior a su tensión nominal.
Se intercalará un reóstato en serie con el bobinado inductor para variar la corriente de excitación.
El procedimiento es poner la máquina motrizen marcha con elgenerador acoplado al eje, recibiendo la velocidad prevista.
Antes de conectar el circuito de excitación, se tomará la lectura del voltímetro Eo, que indicará la tensión producida porel magnetismo remanente.
A continuación se conecta el circuito inductor con el reóstato a la mayor resistencia, y por el circuito inductor circulará una intensidad de excitación mínima que deberá medirse en el amperímetro del circuito inductor.
Se puede comprobar entonces:
/ = V..ex Rex + Rr
En la tabla de valores se deberán registrar 105 datos de lalectura del voltímetro y del amperímetro cuando vaya disminuyendo la resistencia del reóstato R; Estos datos se ano'
Fig. 7.37. Esquema de montaje para el ensayode vacío de un generadorde excitación independiente.
~M -------------U ---- -- --------
H
Fig. 7.38. Esquema de montaje delensayode vacío de ungeneradorshunt.
Curva descendente
,/----Curva ascendente
~,L---- Característica de vacío (media)
L- ~ I~(A)
Fig. 7.39. Curva de característica de vacío resultante de los datos de laTabla 7.3 del ensayo del generador de CCen vacío.
L
Máquina motriz
Fig. 7.41. Esquema de monlcie del ensayo en carga de un generador deexcitación shunt.
0 ·------------··-M ----------------
J0--_~--/
--»I
Tabla 7.2. Tabla de valares del ensayaen vacía de ungeneradorde ce.
la curva de la Figura 7.39 indica los pasos seguidos por elensayo, los valores y los puntos determinados en las medidas efectuadas.
I I 1 I 1
~--.;-¡--+ 1 j J ¡2 0 1 ' I i. l., I L' '. ---------- --.-1----·--·1 Medidas
3o: 1 i ! ¡..__·._L_~_J__-.L_--------l ! ~t~n- .4.0 I ¡ I~ enes !
5.0 L-.l.-J------l- J._J i
,
! I J --+-1-----143.,:
i I \_---+-I----/ MedidasI I descen-
r'--+--I- H--·-- I ' dentes
i l' I i .l! I I II L __--' I
., B. ¡myo del generador en largaComo se estudió en el apartado 7.5, la característica encarga se representa por:
Fig. 7.42. Esquema de monlcie del ensayo en carga de un generadordeexcitación serie.
Fig. 7.40. Esquema de monlcie delensayode un generador de excilcciónindependiente en carga.
Cuando 1; es constante y n es constante.
En la Figura 7.40 se indica el esquema de montaje de ungenerador de excitación independiente; la diferencia con elesquema del ensayo en vacío es que se le incorporará unacarga mediante una resistencia variable R.
Puesto en marcha el grupo, se ajustará a la velocidad nominal y se mantendrá la velocidad constante en todo el desarrollo del ensayo. Se medirá en determinados momentosla velocidad de giro mediante un tacómetro, para comprobar la estabilidad de la velocidad.
Al conectarse el circuito de excitación, el reóstato deberáestar a la máxima resistencia (Rr)r cerrándose el circuito decarga con el valor máximo de resistencia también.
El amperímetro del circuito de carga (A2) indicará el pasode una corriente, y se comprobará la que la corriente decarga coincida con la del enscyo. que normalmente es la de
plena carga (lnJ.
Para que la corriente de carga circule, se tendrá que actuarsobre el reóstato de excitación (RrJ.
Una vez determinada la corriente de cargar se toman los valores indicados en el voltímetro (Ub) del circuito de carga y
~TR V=cte~ ~
1i fA;\ ifo-ó -~H
I~--~
1=1,
Máqui na motriz
Ubf---"
8------ .-.r.:.r.r.::':
en el amperímetro (Al) del circuito inductor, y se anotan enlos casilleros correspondientes de la Tabla 7.3.
Se disminuirá la resistencia (R,) e irá aumentando la corriente de excitación, por lo que también aumentará la intensidad de carga (1). Para que la intensidad de carga semantenga constante, se actuará simultáneamente sobre laresistencia de carga (R), con lo que se formarán los valorest: YUb, que compondrán la curva prevista.
ID fosayo de las (Oraeterísticosde regulación
La característica de regulación, como se estudió en el apartado 7.5, se representa por:
i: = f (/;)
Siendo la tensión en bornes (Ub) y la velocidad (n) constantes
Se obtiene por medio de un ensayo en carga, por lo queel esquema de montaje corresponde con el de la Figura 7.41 del ensayo en carga de un generador de excita
ción shunl.
Una vez puesto en marcha el grupo, se ajustará la velocidad a la nominal, manteniéndola constante mientras dure
elensayo.
Se actúa el reóstato (Rr) sin cerrar el interruptor (J) hasta queel voltímetro (Ub) marque la tensión prevista para el ensayo.
Se tomarán los valores del primer punto, obtenido con lacorriente de carga nula, indicándolo el amperímetro Al,Una vez cerrado el interruptor (J), bajará la tensión Ub, actuando simultáneamente sobre R; y la carga R, hasta conseguir que el valor de Ub sea de nuevo fijado.
Con los valores de Al y A2 se obtienen los puntos de la curva. El resto de los puntos se obtendrán variando la carga yla corriente de excitación.
1,
Tabla 7.3. Tabla de valares del ensayoen cargade un generador de ce.
La Figura 7.43 indica la curva de característica en carga delgenerador de excitación independiente, característica quecorrespondería al generador del ensayo.
Con los valores medios de los resultados de las medidasascendentes y descendentes se representa la curva de la
Figura 7.44.
I~(A)
ascendente
"
...l...- ---'- ¡~
1; (A)•
Fig.7.43. Curva de característica en cargade ungenerador de excitociónindependiente.
Fig. 7.44. Curva del ensayode regulación de un generador de excitaciónindependiente.
interior
Fig. 7.45. Curvo delensayode lascaracterísticas de exterior e interior deungeneradar de excitoción independiente.
Ub (V)
E(V) ~
1,
exterior
Los demás puntos se obtienen regulando la resistencia decarga (R) y aumentando la corriente (1). En la Figura 7.45se puede observar la curva correspondiente:
--+----j-----
o III~ •I 1. I I I Ir2~---r---1 -----n I !
!-3~-----r-----t-+-------t I I~~~~~as If---4-0---r--¡----t-i----t .1 dentes
~o--IL-_¡- I 11 "q:~J-~+-~==r------,L-----P --r----1 Medidas II r I I I deseen- Ir---- dentes I
! 2.0
Tabla 7.4. Tabla de valares delensaya deregulación de ungenerador dece
Tabla 7.5. Tabla de valores delensayade características exterior e interiorde ungenerador de ce
El rendimiento se puede definir como el cociente entre lapotencia útil de la máquina y la potencia absorbida multiplicado por 100, para que el resultado sea en tanto porciento (%).
Fórmula 7.16
hUI0 d~ lu unuuíUiusexteri oreinteri or
Como se estudió en el apartado 7.5, las características exterior e interior se representan por Ub = f (1) cuando /"" yla velocidad n son constantes. Se obtiene por el ensayo encarga.
La característica interíor se representa por E= f (/;)cuando /"" y la velocidad n son constantes. Se obtiene a partir de los resultados de la característica exterior.
El ensayo para determinar la característica exteriores el de mayor interés; este ensayo indica la tensión quesuministra cada generador en función de la carga. El esquema de montaje para este ensayo corresponde al de laFigura 7.37.
Para la toma de datos, se obtendrá primero el momento devacío, y será indicado por el voltímetro Ub; éste será el primer punto de la curva.
A continuación se cierra el interruptor de la carga conla máxima resistencia (Rr), se toma los valores de tensión(Ub) e intensidad de carga (1) y se anotan los valores enla tabla.
Donde:
P; = potencia útil
Po = potencia absorbida
11 = rendimiento
Los métodos para la determinación del rendimientomás utilizados son:
• Método directo.
• Método indirecto.
El método directo consiste en medir la potencia útil y la potencia absorbida de la máquina y aplicar la Fórmula 7.16.Este método se emplea sobre todo en máquinas de pocapotencia.
El método indirecto consiste en medir todas las pérdidas dela máquina, sumando a la potencia útil las pérdidas obtenidas en los diferentes ensayos.
Si el rendimiento es:
Si la potencia absorbida es: Po = P, + Pp
• La potencia útil se determina por: Pu = U . I
• La potencia pérdida es: Pp = Po + Pi + Pe, + Pad
Donde:
Pp = potencia perdida total
Po = potencia perdida en circuito abierto o en vacío
Pi = potencia perdida por efecto Joule en el inducido
Pe, = potencia perdida en las escobillas en carga
Pad = potencia perdida adicional en carga
• 'iaai1iu(ió~ de 10$ ensoyu demotoru de ((
•.. Como ocurre con los generadores, e/ estudio de los mo
tores de CC se reo/iza a través de sus características, relacionando la velocidad (n), el par motor (M) y la corriente del inducido (1;), como se pudo comprobar en elApartado 7.8.
La determinación de la característica de la velocidad, la ca
racterística del par motor y la determinación del rendimientoserán los ensayos a seguir en los motores de ce.
., A. Determino(ión de lo woClerílti(o de velo(idodLa característica de la velocidad, como podemos comprobar en el Apartado 7.8, se representa por:
Siendo constante la tensión en bornes Ub•
Se consigue a través del freno que se le aplica al eje. Lacaracterísticade la velocidad, en el motor shunt, correspondeen su montaje ensamblando un freno al eje para utilizarlocomo carga al motor.
En la Figura 7.46, se indica el esquema de montaje correspondiente a un motor de excitación shunt.
Una vez ensamblado el Freno al motor, se alimenta con sutensión nominal Ub, actúa sobre su excitación R, y consigueponer el motor a su velocidad nominal en plena carga mediante el freno.
Conseguida la excitación para el valor a plena carga, semantendrá estable mientras dure el ensayo. A continuaciónse toman los valores; el primer punto corresponde al funcionamiento en vacío, medida para el cual se habrá des
conectado el Freno.
El amperímetro indicará la corriente absorbida de la red,y la velocidad se obtendrá mediante un tacómetro. Losdemás puntos de la curva se irán obteniendo a medidaque se aplique más resistencia al freno y se produzca más
carga.
A continuación se va anotando en cada punto la intensidadindicada por el amperímetro y las revoluciones indicadaspor el tacómetro, que se reflejarán en la tabla de valores correspondiente.
Los puntos que se deberán realizar son:
• En vacío.
• Al 25 %de la carga.
• Al 50% de la carga.
• Al 75% de la carga.
• Al 100% de la carga.
• Al 125 %de la carga.
lI
+-~------
Fig.7.46. Esquema de montaje para el ensayode velocidad de un motorshont,
+--.-----
Freno~----------------,
I II II II II II II I
r r r r s- II II II II II P IL __ ~ ~
Fig. 7.47. Esquema de montaje para el ensaya de velocidad de un motorserie.
Tabla 7.6. Tabla de valores para el ensayo de la caraclerística de velocidad de un motor.
n [r.p.m]
L-------------é> 1; (A)
Fig. 7.48. Curva de caraclerística del ensayo de velocidad de un motorshunr.
n (r.p.m) A
L-----------_/;(A)
Fig. 7.49. Curva de caraclerística delensayode velocidad de unmotor serie.
.1 B. Determinalión de lal laralteríltjlal del par motorLa característica del par motor excitación shunt, cuando latensión en bornes (Ub) es constante y el ensayo es realizado por freno, se identifica por:
El esquema de montaje es el mismo que se utilizó parael ensayo de la velocidad con motor shunt (Figura 7.46),y el proceso del ensayo es el mismo que el de la velocidad.
La diferencia es que los datos obtenidos serán el par desarrollado en vez de la velocidad, obtenida por la siguientefórmula:
Fórmula 7.17:
Donde:
p =peso total (kgf)
1= longitud del brazo (m)
M = par desarrollado por la polea (kgf . m)
M, (kgf·m)
'--'-----------!? ¡(A)
La curvacorrespondiente al rendimiento del motor de CCseindica en la Figura 7.51.
P
L---t----t---t---.l...---t-. P,(kW)
1!
Fig. 7.51. Curva del ensaya del rendimienla de un molarde ce.Fig. 7.50. Curva delensayodelpar molarde excitación shunt.
1/4 2/4 3/4 4/4 5/4
.1 (, Determinoción del rendimientoDeforma porecida al rendimiento de losgeneradores, se estableceel rendimiento de los motores, aplicando los métodos directo e indirecto.
Los puntos de la curvaque se determinan suelen ser losmismos que en los generadores, es decir:
• En vacío.
• A potencia del 25 %.
• A potencia del 50 %.
• A potencia del 75%.
• A potencia del 100 %.
• A potencia del 125%.
La medida directa del rendimienta se realiza al mismotiempo que se determinan las características electromecánicas; se obtiene por la potencia útil del motor y la potencia absorbida.
Donde:
P, = P . [, n (medida con el Freno)
Po = Ub • I (medida con voltímetro y amperímetro)
m ~~nmu de uguridad en losUUY@$ de máquinas de «
Cuando se trabaja en laboratorios eléctricos o cuando seemplea equipo eléctrico, seguir las precauciones adecuadas de seguridad es tan importante comollevar a cabo mediciones exactas.
Existen peligros potencialmente mortales en elambiente dellaboratorio; el más común y más serioen laboratorioseléctricos es el choque eléctrico.
Otros peligros que también deben tenerse en cuenta provienen del empleo de maquinarias en movimiento y equiposde soldaduras.
Si no se siguen con cuidado los procedimientos de seguridad establecidos, puede que algún compañerosea la víctima de un accidente serio.
El mejor sistema para evitar accidentes es reconocer suscausas y aplicar los procedimientas de seguridad establecidos.
Una completa concienciación acerca de los peligros y lasconsecuencias posibles de los accidentes ayuda a desarrollar la motivación adecuada para seguir esos procedimientos.
=--------.....------_1----------------,
,. J
• Característica mecánica.
Ensayo de rigidez dieléctrica: es la prueba que serealiza a los aislantes hasta el instante de perforación,aplicándole una tensión determinada durante un tiempoestablecido.
Generador autoexcitado: es la máquina que produce su propia excitación tomando la corriente de excitación de su propio inducido, La autaexcitación esposible por el magnetismo remanente que hay en elcircuitomagnético.
Generador de excitación compund: esoqúel quedispone de dosbobinados inductores, unocor{ do en
'. serie (DI - D2) ¿on el,inducido (Al -: A2) y otrp ecta-do e~él~rivaéiórÍ (El - E2). .. .
Generador de excitaéión independiente: ~s ungenerador d~CC qu~ ~ibe la corrien~ de ~citdción
. mediante una fuente de energíadel exterior.,/. ..,.
Gene~dord~ e~ci~ción serie: es aque'cuy~,bo- 'binadoinductor(D¡ -:~ estáconectado enserié con el inducidó (Al - A~ de maneraque la intensidad que circulaporel circuito interior y porelexterior (carga) es la misma.
Generador de excitación sh-,rnt: es aque' ¡;;Yo bo-binado inductor' (El - E2) está conectado en deriycidóncon el inducido (Al - A2) . •
Medida de resistenciade aislamiento: és'l~determin~dónd~loexi;knciade c~mliniCac" ,'..,dospartes indepéndiénté$:de un~rÚlquinael' .'" ' -.' -, '- ". '. ." .' ., " .. ",' : " -'~ _., ',:- - -' '. - ' .... '-
,Meetidorde rigidez dieléctrica: íarbiéri rl~modo«chispómetra», es el aparato que registra el comportamiento que tiene unaislantecuandose le apli~~ uno determinada tensión hasta su perforación..
Rendi.miento de la máquina: es elcociente c¡ue resulta entre la potencia útil de la máquina y Iqpótenciaabso,.vida. El resultado se multiplica por 100 para' expresarloen tanto por ciento (%).
Reóstato de campo: es un componente que varía elRujo delbobinado inductor de una máquina de CC, intercalándolo en serie enel circuito inductor cuanda la excito
.ción de la máquina es independiente o shunt, y en parálelo al inductor, cuando la máquina tiene excitación serie.• Característica del par mofór.
• Característicá exterior.
En unmotor de corriente continua, lascurvascaracterísticasmás representativas, que se pueden determinar enfunción de las magnitudes {(n, M, !J, son las siguientes:
• Característica de velocidad.
Característica de velocidad: es la curva que representa gráficamente la velocidad (n) del motor en función de la corriente del inducido (I¡).
Característica del par motor: es la curva que representa gráficamente el par motor (M) en función de lacorriente del inducido {I¡).
Característica en carga: es la curvaque representa la corriente de excitación en función de la corrientesuministrada por la máquina, para la velocidad de rotación (n) y una'tensión en bornesconstante.
Característica en vacíó: es la curvaque representala tensión .en bo,mes (Vb) envacío, para una velocidadde rotación d~ím¡nada en funCión de la corriente de~citadÓn (I.J:" ,'. " . ' . . ,
;, ~-' '. _. ,/, -;. «',- -~
Característica exterior: es la curvaque representala tensión enbórh~s fUb) en función de la carga del ge-
·nerador, par~Jno velocipad de rotación (n) y la intensidad 'de ~xcita¿i6ri (íexe) ~onstorÍtes.
Característi~~mecár,¡ca:~es la curvaque representa gráfiéámeriteél por motar (M)en fundón de la velocidadde rota¿i6n (n).::
·Curv~s de ';~re;cterísticas:repres~ntacionesgráficas que nos p¡irIDiten conocer la variación de una magnitud con resPécto ~'otro cuando las magnitudes restantespermane~n'consfantes. A partirde losresultados, se
,puedeanalizary predecir elcomportamiento de una má-quinaen susdiferen,tes e~tados de funcionamiento.
-: - ,-: -, ": -:-~..;¡,..•-' '-'
·En ungeneracfprde éorrientecontinua, lascurvasde característiCa más representativas, que sepueden determinar enfuncion de las magnitudes f(VI» lexe, I¡,n), son lassiguientes:
Autoevaluación
1. Indica los bornes de conexión para cada uno de losbobinados inductores y del inducido de una máquinade ce.
2. Señala las causas que pueden producir la desaparición del magnetismo remanente.
3. Indica los procedimientos para producir magnetismoremanente en las máquinas que lo han perdido.
4. Enumero los tipos de excitación de las máquinas decorriente continuo.
S. Enumera las característicos fundamentales del generador de corriente continuo.
6. ¿Cuáles son los diferencias que existen entre un generador de excitación independiente y uno autoexcitado?
7. ¿Qué diferencias constructivos existen entre un generador y un motor de corriente continuo?
8. ¿Cuál es el principal peligro de un motor serie en vacío?
9. Cita el proceso secuencial poro proceder 01 ensayo encargo de un generador shunt.
10. ¿Paro qué sirven el ensayo de aislamiento y el de rigidez dieléctrico?
Actividades de enseñanza-aprendizaje
11. Representa la característica de vacío de ungenerador shunt autoexcitado, partiendode los datos obtenidos en el ensayo.
• Objetivos:
- Verificarel circuito de excitación.
- Determinar lacurvo de característicos de excitación en vacío.
• Medios didácticos:
- Un generador shuntautoexcitodo.
- Uno máquina motriz.
- Un voltímetro.
- Un reóstato.
• Procedimiento:
1.° Se pone en marcho lo máquina motriz, con elgenerador shuntacoplado o ella.
2.° Antes de conector el circuito de excitación, seanoto lo indicación del voltímetro, que será lotensión producido por el magnetismo remanente.
3.° Al conector el circuito, el reóstato deberá estoren lo máximo resistencia.
4.° Lo tomo de valores se realizará de manero ascendente en codo punto previsto, y se irán anotando en lo tabla de valores.
5.° La tomo de valores de manero descendente serealizará en aquellos cercanos o los ascendentes, sin llegar o ser los mismos,y se anotarán enlo tabla de valores.
6.° Con los datos obtenidos, se procede o representar los curvos ascendente y descendente enlos coordenados de lo Figuro 7.53, conformando lo curvo de vacío, la medio de amboscurvos.
0 --------------M ------- ------
Móquina motriz
H
Fig. 7.52. Esquema de montoi« de un generador excitación shuntparaensayo.
1!
~-----------}>, '~(AI
a) Representa la curva de vacío del generador exci
tación shunf del presente ejercicio, con los resul
tados obtenidos y anotados en la tabla de valores.
• Contesta:
Eo(V)
Fig. 7.53. Coordenadas para la representación grófica de la curva.
Ir I
3.° 1I
1
I !4.° r--+----+
Tabla 7.7. Tabla de valores para el ensayo en vacío de un generador deCC(Actividad 11J.
I 1
5.° -+--1;'---4.-
0¡'I----;.-
!I"---+---t---+------'i--i
I
Bob ¡na doseléet ri (O J
de corrinte olten~
Fig. 8.1. Motor asíncrono trifásico de corriente alterna.
g (iujH[uj~~ d~ I:H lUnes@)í~HO~@$ de (On¡~~i2 alterna
Blntroduuión alos máquinasde íOrriente alterna (CA)
Entre las máquinas eléctricas de corriente alterna, hay quedistinguir entre motores y alternadores.
Cuando una máquina de corriente alterna funciona comomotor, convierte la energía eléctrica de corriente alternaque recibe en sus bornes en energía mecánica.
Porotro lado, cuando dicha máquina trabaja como alternador (o generador), recibeenergía mecánica-proporcionada, por ejemplo, por un motor de explosión-y la transforma en energía eléctrica (en forma de corriente alterna).
Su movimiento es rotativo, por lo que su principio de funcionamiento está basado en el campo giratorio y par electromagnético.
En el motor, al contrario que en el alternador, se suministraenergía eléctrica a los conductores y al campo magnéticode la máquina, con el fin de que provoque por sí mismo uncampo giratorio que cree un movimiento rotativo y, por lotanto, se produzca una energía mecánica.
En nuestro caso, el estudio se basa en el motor asíncronode corriente alterna.
Placade Bastidor
<,Escudoslaterales
Podemos observar, en el seccionado de la máquina de laFigura 8.1, las partes detalladas de una máquina de corriente alterna correspondiente a un motor trifásico de inducción.
El motor de corriente alterna es la máquina eléctrica másutilizada en todos los sectores de la vida cotidiana y en laindustria. Su versatilidad en potencia, en velocidad y su
Motores de CA porel tipo de bobinado
Concéntricos
Monofásicos
Bifásicos
Trifásicos
(
Separados
Superpuestos
(
Fraccionarios
Dos velocidades
Excéntricos
Ondulados
ImbricadosTrifásicos
Bifásicos
¡Dos velocidadesUna capa
Fraccionarios
¡Dos velocidadesDos capas
Fraccionarios
Cuadro 8.1. Clasificación de lasmatares asíncronas de corriente alterna.
adaptación al sistema eléctrico lo convierten en una máquina imprescindible para la industria actuol.
El Cuadro 8.1 indica los tipos de motores más utilizados enfunción de su bobinado.
háli Sis d!~ los hbi na dOSd~ u~a mdijuina de corrienteaItHn a
Como se ha podido estudiar en Electrotecnia, en el estatorde una máquina de corriente alterna se aloja el bobinadocapaz de crear un campo magnético suficiente para producir el giro del rotor. Por la distribución del bobinado, elcampo magnético que se creo es un campo giratorio queorigina el movimiento en el rotor.
Campo giratorio
Bola de acero deslizándoseen el sentido del campomagnético giratorio
Fig.8.2. Generación del campagiratorio en un estator.
La velocidad de rotación del rotor es siempre inferior a lavelocidad del campo magnético giratorio. Para que en losconductores del rotor se pueda generar una fem es necesario que entre los conductores del rotor y la velocidaddel campo giratorio exista una diferencia de velocidad.A esta diferencia de velocidad se le llama de5lizamiento.
La velocidad del campo giratorio o de sincronismo es:
Fórmula 8.1
Donde:
n = revoluciones por minuto [rprn]
f = frecuencia
p = número de pares de polos
Debido al deslizamiento, la velocidad del rotor de un motorasíncrono será algo menor que la velocidad de sincronismo.
Los motores monofásicos, trifásicos, concéntricos, excéntricos, etc., tienen elementos comunes tanto en la estructuraconstructiva como en el desarrollo del cálculo del bobinadoy montaje.
Sirvan como introducción las definiciones siguientes, parala compresión y posterior cálculo y representación de losesquemas de los bobinados.
111' A. Ranuras (R)Son los espacios huecos que se encuentran a lo largo de lacircunferencia del motor, cercana al entrehierro, en dondese colocan los lados activos de las bobinas, ya que sólo éstos cortan líneas de fuerza.
En la Figura 8.3, se indica dónde están y cómo son lasranuras.
Ranura
~
Fig.8.3. Ranura de un motar.
.-, B. Bobinas (B)Son las formadas por un número determinado de espirascerradas que tienen un principio y un final. Las bobinas secomponen de los lados activos y las cabezas (véanse las Figuras 8.4 y 8.5).
f'ig.8.4. Bobino poro motor de CA.Grupo de bobinas
concéntricasGrupo de bobinas
excéntricas o imbricadas
Fig. 8.6. Grupo de bobinas.
Fig. 8.7. Amplitudde grupo.
• 1 f. POIOI
Amplitud de grupo m = 6
2 3 4 5 6 7 B 9 10 11 12
r ---I ------ --- __ o
I
I I
I An~li~dI I
--- -- ---I
:---"1 ¡-"""'-r I
I
I ,I
I I II I L___ --- --I II .... _---- -- ---,-------- -----I
I
I¿
Uu,
Son núcleos de hierro rodeados por bobinas que, al serrecorridas por la corriente eléctrica, provocan un flujo
magnético que da lugar a los polos mallnéticos. Dependiendo del sentido de la corriente, los polos pueden ser
Norte o Sur.
En la Figura 8.8, se puede observar la formación de polos
magnéticos en los grupos de bobinas.
MI L lado activoEs la parte recta de la bobina, situada en el interior de la
ranura, rodeada y cerrada por elementos aislantes. En laFigura 8.5, se indica un lado activo.
Fig. 8.5. Lodo activo y cabeza de bobina.
.1 D. GruPol de bobinal (G)Están formados por un grupo de bobinas, conectadas en
serie entre ellas; cada grupo contiene un principio y un final. En la Figura 8.6, se puede apreciar un grupo de bobi
nas de construcción concéntrica y un grupo de bobinasde construcción excéntrica, en este caso imbricadas.
Formación de los polos
.11. Amplituddegrupo(m)Es el número de ranuras que quedan entre la bobina máspequeña del grupo y que serán ocupadas por otros gruposdiferentes. La amplitud de grupo sólo se utiliza paralos cálculos de bobinados concéntricos, tal y como se indi
ca en la Figura 8.7. Fig.8.8. Formación de los polos.
J
.'6. PalO polar (Yp)Es la distancia que hay entre los ejes de dos polos contiguos y, por lo tanto, de diferente polaridad. En la Figura 8.9 se indica el arco o distancia que abarca el paso polar en un motor hexapolar.
En la representación esquemótica de los bobinados, losconcéntricos se pueden representar de diversas formas, todas ellas convencionales, ya que se utiliza una u otra en
función de la comodidad o el monto]e.
En la Figura 8.1 1, se indican las diferentes formas de representación de los grupos de bobinas en el esquema delbobinado de un motor eléctrico concéntrico.
Los bobinados concéntricos tienen el inconveniente de necesitar, para su ejecución, varios moldes para el grupo debobinas, ya que cada bobina del grupo es diferente.
II
U, u,
1I
Fig. 8.9. Paso polarde un motorhexapolar.
.1 H. An¡~o de bobino (Yk)Es la anchura que tiene la bobina calculada en número deranuras. En la Figura 8.10 se puede ver el ancho de bobina.
u, u,
u, u,
Fig. 8.10. Anchode bobina.
ID] Sistemas de unexión de losbobinados concéntricostrjfás ieos
San bobinados concéntricos aquellos que tienen las bobinas de los grupos concéntricas, es decir, que tienen en unmismo centro todas las bobinas del grupo; por lo tanto, todas las bobinas del grupa son diferentes.
Fig. 8.11. Diferentes tipos de grupos de bobinas concéntricos.
• 1 A. formo¡ión de grupo! de bobino! totole! (BI)Los grupos se van colocando en función del número de ellosque tenga la fase a lo largo de todo el perímetro del estator, de forma equidistante entre ellos, cuando el número de
grupos por fase es par.
La distribución se realizaró a lo largo del perímetro del estator, que se dividirá en dos partes; la primera debe tenerlos mismos grupos que la segunda, y han de ser exactamente iguales.
En la Figura 8.12, se confirma la distribución de los gruposen la circunferencia. Al ser dos grupos por fase, cada grupo queda a un lado del eje y equidistante.
En la Figura 8.13, podemos ver la distribución de los grupos a lo largo de las ranuras, representada linealmente. Alser cuatro el número de grupos por fase, en cada lado deleje quedan dos grupos distribuidos exactamente igual.
F,
U,
rig. 8.12. Distribución de los grupos o lo largodelperímetro.
Inn:nn1 23.4 5 6 7 8 910111213141516171'1920212223242526272829303132333.43536
LfLf¡LfLfP, F, P, F, I P, F, PA FA
Fig. 8.13. Distribución de los grupos por/os ranuras, representodo de formolineol.
Cuando el número de grupos por fase es impar, se colocarán los grupos de forma proporcionada a lo largo del perímetro de la circunferencia del estator.
En la Figura 8.14, se puede comprobar la distribución; eneste caso, son tres grupos por fase, que se distribuyen proporcionalmente a lo largo del motor.
h h .h1 23" 5 6 7 8 910111213141516171819202122232.4252627282930313233343536
l-UL--LJ
• Conexión por polos (pp): final con final y principio con principio. los grupos de esta conexión son demenor tamaño y menor número de bobinas, pero haymás grupos por fase.
• Conexión por polos consecuentes (ppc): finalcon principio y principio con final. los grupos de estaconexión son de mayor tamaño y disponen de mayornúmero de bobinas en cada grupo, y el número de grupos del bobinado es menor.
Conexión por polos (pp)
la conexión de grupos por polos se realiza conectando finales con finales y principios con principios, tomando el primer principio como el comienzo de la fase. Por ejemplo, U,:A lo largo del bobinado, las conexiones entre grupos de lamisma fase se realizarán considerando el siguiente procedimiento:
El final del primer grupo con el final del segundo, el principio del segundo grupo con el principio del tercero, el finaldel tercer grupo con el final del cuarto, el principio del cuarto grupo con el principio del quinto, y así hasta que todoslos grupos estén conectados entre sí; quedará un principioy un final de cada fase.
En la Figura 8.15, se puede observar cómo los finales delos grupos se conectan con los principios, y los principioscon los finales.
Inn:nn123.4 5 6 789101112131415161718192021222324252627282930313233343536
P~F Pp-', YJ ::IP;---tJf ppi YJF1 Fl~3 F3~F4
U, I U,
Fig. 8.15. Conexión por polos (pp) de losgrupos de bobinas.
P, F, P, F, P,
Fig. 8.14. Distribución de grupos impares en lasranuras.
• 1 B. (anexión de 101 grupal de bobinol de uno 1mEn los bobinados concéntricos, la conexión entre los grupos se puede hacer de dos maneras diferentes:
Conexión por polos consecuentes (ppc)
la conexión de grupos por polos consecuentes se realizaconectando finales con principios y principios con fina-
les, tomando el primer principio como el comienzo de la .]fase .
A lo largo del bobinado, las conexiones entre grupos de lamisma fase se realizarán considerando el siguiente procedimiento:
.-
El final del primer grupo con el principio del segundo, el final del segundo grupo con el principio del tercero, el finaldel tercer grupo con el principio del cuarto, el final del cuarto grupo con el principio del quinto, y así hasta que todoslos grupos estén conectados entre sí; quedará un principioy un final de cada fase.
En la Figura 8.16, se puede observar las conexiones entrelos principios y finales de los grupos.
I
Ai Ai :Ai Ai1234567 8 9101112131415161718192021222324252627282930313233343536
'~F,LJ,~1-f~'1·~ ~
Fig.8.16. Conexión por polos consecuentes (ppc) de los grupos de bobinas.
• Proceso de cálculo de losbobinados concéntricos de CA
Para proceder al cálculo de los bobinados concéntricos decorriente alterna, será necesario establecer el tipo de conexión de sus grupos, es decir, por polos o por polos consecuentes, y conocer algunos conceptos que los constituyen,así como la nomenclatura que los define:
• El número de fases (q).
• El número de polos (2p).
• El número de ranuras por polo y fase (Kpq).
• El número de bobinas y capas por ranuras (B).
• El número de grupos totales (Gt).
• El número de grupos por fase (GF).
• El número de bobinas por grupos (U).
• La amplitud de grupo (ro).
• 1 A. Número de ¡Ole! (q)Como se ha expuesto anteriormente, los bobinados concéntricos se pueden construir, por el número de fases, en
monofásicos y trifásicos. Se representa con la letra q. Esuno de los datos necesarios para realizar el cálculo del bo
binado.
.'B. Númerodepolo¡(1p)El número de polos de un motor indica la velocidad del mismo, como se puede deducir de la Fórmula 8.1. Para la realización de los cálculos hay que diferenciar claramente quéson los polos y qué son los pares de polos.
El número de polos se representa por 2p, que son los quetiene la máquina; es decir, si tiene un polo Norte se contabilizará como un polo, y un polo Sur contabilizará comootro polo. Un polo Norte y un polo Sur corresponderán a
un par de polos.
El número de pares de polos se representa por p.
El número de polos es un dato necesario para el cálculo delbobinado; si no lo tenemos, al menos deberemos conocerlas revoluciones por minuto que tiene la máquina.
Recurriendo a la Fórmula 8.1 y despejando el número depares de polos, obtendremos los polos de la máquina .
., L Número de ranura!, polo¡ y ¡Ole¡ (Kpq)El número de ranuras por polo y fase es una demostraciónanalítica de la posibilidad que hay de realizar un bobinado. Esteconcepto aclara, antes de continuar con el cálculo,qué número de ranuras le corresponde a un polo ocupadopor una misma fase. Se obtiene mediante la fórmula:
Fórmula 8.2
I Kpq= K I2p· q
La posibilidad de construir el bobinado depende del resultado de Kpq; no se puede realizar con un valor Ircccionano.
En caso de ser valor impar en la conexión por polos, losgrupos de bobinas (U) serán un número entero de bobinasmás media bobina, que será la bobina exterior del grupo,con la mitad de espiras .
La ranura se cerrará con otra media bobina de otro grupode la misma fase ode distinta fase, y se completará con dosmedias bobinas.
"1!
Fig. 8.17. Bobinas exteriores compartidos.
También existe la posibilidad de hacer grupos desigualesen grupos consecutivos de la misma fase. El primer grupotendría un determinado número de bobinas, y el segundo,una menos; el tercero, las mismas que el primero, yel cuarto, las mismas que el segundo, y así hasta terminar con todos los grupos de esa fase. En la Figura 8.18, se puedenapreciar los grupos desiguales pero equilibrados en su totalidad.
Fig. 8.18. Grupos de bobinas desiguales de unamisma fase.
Esta compensación de bobinas se hoce para equilibrar elnúmero de espiras en todos los grupos.
En el caso de la conexión por polos consecuentes, la distribución de las bobinas se haría compartiendo media bobina exterior del grupo, como se ha expuesto anteriormente.
• 1 D. Bobina¡ ycapa¡ pOr ranuras (B)los bobinados de una y dos capas indican que en la ranura pueden entrar, al mismotiempo, uno o dos lados activosde bobinas con un aislamiento entre ellas. Es sólo de unacapa cuando en una ranura hay sólo un lado activo de bobina, y de dos capas cuando en el interior de una misma
ranura se introducen dos lados activos de dos bobinas distintas.
Cuando el bobinado es de una capa, el número de bobinas es la mitad del número de ranuras, ya que cada bobina ocupa dos ranuras. Se obtiene mediante:
Fórmula 8.3
Cuando el bobinado es de dos capas, el número de bobinas es igual al número de ranuras, ya que cada ranuracontiene dos lados activos de bobina. Se obtiene mediante:
Fórmula 8.4
.1 L NúmmdearUPOltotale¡(Gt)los grupos totales son la suma de los grupos de bobinas detodas las fases. Para la conexión por polos (pp), se obtiene mediante:
Fórmula 8.5
El número de grupos de bobinas por fase para la conexiónpor polos consecuentes (ppc) se obtiene mediante:
Fórmula 8.6
.1 f. Número de grupos por 1m (GilEsel número de grupos de bobinas que contiene una fase.En conexión por polos (pp), serán tantos grupos de bobinas como polos tiene la máquina. Se obtiene mediante:
Fórmula 8.7
I Gr· 2p I
En conexión por polos consecuentes (ppc) serán tantos grupos de bobinas como pares de polos tiene la máquina. Se obtiene mediante:
Fórmula 8.8
., G. Número de bobinal por grupOl (U)El número de bobinas por grupo es la cantidad de bobinasque se conectan entre sí en el mismo grupo. En la Figura 8.6 se observan tres bobinas por grupo. El número debobinas por grupo en conexión por polos (pp) se obtiene mediante:
Fórmula 8.9
r-:=u~
El número de bobinas por grupo para la conexión por polos consecuentes (ppc) se obtiene mediante:
Fórmula 8.10
~~
111 H. la amplitud del grupo (m)Como se pudo ver en el apartado E, la amplitud es el número de ranuras que quedan entre los lados activos de labobina más pequeña del grupo, y que serán ocupadas porotros grupos diferentes. la amplitud de grupo en conexiónpor polos (pp) se obtiene mediante:
.. Fórmula 8.11
I m = (q - 1) . U I
la amplitud de grupo para la conexión por polos consecuentes (ppc) se obtiene mediante:
Fórmula 8.12
m = (q-l)· 2U
IIJ Determino(ión de los principiosdel dSfdSes (Y 110)
A diferencia de los bobinados de corriente continua, los decorriente alterna han de ser abiertos. Cada fase que compone el bobinado tiene dos extremos libres, uno al principioy otro al final.
la determinación de los principias de los bobinados tienerelación directa entre sí, motivada por el desfase existenteen el sistema, ya sea monofásico o trifásico.
El principio de una determinada fase puede iniciarse encualquier ranura de las que forman los 360 0 de la circunferencia de la máquina.
A partir de la colocación del principio de la primera fase,se ubicarán los demás principios de las demás fases, respetándose el desfase. En los bobinados trifásicos, el cálculo se determina por el desfase, en este casa de 120 o eléc
tricos.
El principio de cada una de las fases se obtiene aplicando:
Fórmula 8.13
.1 A. Composición de 101 cuadrol de principios de losePara la composición del cuadro de principios, se construyeun cuadrante con tres columnas (una por cada fase), y tantas filas como pares de polos tenga la máquina .
A la primera celda de la columna U le corresponderá la ranura 1; a las demás celdas se les irá añadiendo sucesivamente el valor de principio de fase, hasta completar todaslas celdas.
A cada columna de principio de fases le corresponderá unnúmero de ranuras, que serán las que se decida utilizarcomo principio de esa fase.
Para los bobinados concéntricos, en la conexión por polos,nos dará tantos principios en cada una de las columnascomo pares de grupos tenga esa fase.
En la conexión por polos consecuentes, nos dará tantosprincipios en cada una de las columnas como grupos tieneesa fase.
El siguiente cuadro de principios corresponde a los principios de fase de un estator de 48 ranuras, con un paso deprincipios de YI 20 =4. Sobre el cuadro, podemos elegir losprincipios de fase, uno por cada columna.
, .... ""T' ""-''1''''' """'1
U ¡ V I W !r-""""-"'--'"¡'--''''': 1 ¡ 5 I 9 i
¡·_··f-"--+·-·--il. 13 ! 17 1 21 i!---~'-_·~t--¡----'---l
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., B. (Iwión de los princjpios más odecuodosGeneralmente se eligen los primeros de cada columna paramantener un mismo criteriode diseño de construcción; puede ocurrir que se elijan los principios de fase que permitana los terminales del bobinado estar más cerca del orificiode salida.
En el cuadro anterior, se elegirían las ranuras 1, 5 Y9 comoprincipios de las fases V, Vy wrespectivamente.
., L Identificación de los principios yfinalesde las la ses
las normativas internacionales establecen los criterios paradiferenciar los principios y finales de cada una de las fasesdel bobinado y para conectarlos a la red eléctrica.
Cada uno de los principios y finales de los motores de corriente alterna se denominan de la siguiente manera:
los principios se denominan VI' VI Y WI, los finales V2, V2
y W2• En el siguiente cuadro se indica la correspondenciaentre fases, principios y finales.
Placa de bornes de un motorasíncrono.
Tabla 8.1. Designación de bornes en mofares de CA.
111 Proceso de eloborocién dele~quema de un motor trifásico
Vamos a elaborar el proceso para la construcción del esquema de un motor trifásico de CA paso a paso. la colocación de las bobinas se irá haciendo grupo por grupohasta completar el bobinado.
las conexiones de cada uno de los grupos de una mismafase entre sí se irán especificando. Una vez construida unafase, las demás fases se elaborarán de la misma forma;cada fase respetará su principio. ..
., A. Dotos necesoriosTenemos un motor trifásico de una capa con 24 ranuras conuna velocidad de 1 496 rpm. Realizaremos el esquema delbobinado con la conexión por polos consecuentes.
los datos del esquema del motor que queremos construirson:
• Conexión = ppc
• K = 24 ranuras
k• B=-2
Al ser el motor de una capa, el número de bobinas totalesserá la mitad de las ranuras.
q = 3 fases
El número de polos (2p) no se conoce, pero al tener comodato la velocidad de giro, a partir de la Fórmula 8.1 podemos determinar el número de pares de polos y, por tanto, el número de polos.
60· fn=--
p
Despejando p, despreciando las revoluciones por deslizamiento, obtendremos la expresión:
60·f 60·50p=--= ,,:2
n 1496
Por lo tanto, al ser 2 el número de pares de polos, el número de polos del motor será 2p = 4
Números de ranuras, polos y fases (Kpq)
Como se expuso anteriormente, el número de ranuras porpolo y fase es el indicativo de las posibilidades de ejecución del bobinado; por lo tanto lo debemos determinar antes de proceder al resto del cálculo, sabiendo las condiciones para realizarlo.
Eneste caso, el resultado permite realizar el bobinado congrupos enteros.
K 24Kpq= =--=2
2p·q 4·3
Bobinas y capas por ranuras (18)
En una ranura se sitúa, en este caso, un haz activo de bobina, por lo que el número de bobinas del motor será lamitad del número de ranuras.
K 24Bt=-=-= 12
2 2
• Número de grupos totales (Gt)
En conexión ppc, el número de grupos de todo el bobinado será:
Gt=p·q=2·3=6
Número de grupos por fase (Gf)
Conocido el número de grupos totales, lo único que hayque hacer es determinar el número de grupos de bobinas
por fase. Como ya se explicó, el número de bobinas porfase será tantos grupos de bobinas como pares de polostenga el motor; por lo tanto, será, en conexión ppc:
Gf=p=2
Número de DO!:lji1iC5 1301" grupos (U)
En este caso de conexión ppc, será:
Bt 12U=-=-=2
Gt 6
La amplitud de grupo (m)
La amplitud, en este caso de conexión ppc, será:
m = (q - 1) . U = (3 - 1) . 2= 4
Determinación de 105 principiosde las fases {YI2O }
En el caso de los principios de fase, la conexión de los grupos de bobinas se determinará de la misma manera paralos dos tipos de conexionados; por lo tanto, será:
K 24YI20=-=-=4
3p 6
Composición de los cucdres de principiosde fase
Hay que componer el cuadro de principios trazando tantasfilas como pares de polos tiene el motor, y empezando elprincipio «U» por la ranura 1; luego añadiremos a las siguientes celdas del cuadro el resultado de Y120• Por lo tanto, será:
I U V w I¡---
iI 1 5 9I
13 17 21 I¡I I
En este caso, podemos observar en el esquema de la Figura 8.24 que los principios de cada fase que nos indicael cuadro coinciden con los principios que hay en cada
grupo.
Aunque todas las fases son exactamente iguales, vamos arepresentar la segunda fase o fase Vgrupo a grupo.
3.° La fase V comenzará por donde indica el cuadro deprincipios de la fase V, es decir, por la ranura 5, comopodemos ver en la Figura 8.21.
Fig. 8.21. Colocación del primergrupode la Fase v.
2 3 4
I'-~I !, I ,
456789201
¡ I ¡! -.J
jV2
i ¡ --ffITll-:=111 \ 1 1
1 ¡ f 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 la ¡ 2 3! I ' I'--it:j::::---J--J. 1
jV, V,
I r I
I I I1 2 3 4 5 6 7 8 9 la 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4
4
1.° Indicaremos las ranuras en el esquema, como podemos observar en la Figura 8.19, y colocaremos el primer grupo de la fase Ucomenzando por la ranura 1y respetando el número de bobinas por grupos (2) y laamplitud resultante (4).
Vamos a realizar el esquema del bobinado del motorconcéntrico de conexión por polos consecuentes.El esquema lo vamos a realizar paso a paso y grupo agrupo, partiendo del ejercicio que anteriormente hemoscalculado:
11 Realizoción del esquemade un bobinado concéntrico
1V,
Fig. 8.19. Colocación delprimer grupade bobinas de la Fase U.
4.° En el segundo grupo de la fase Vse tomará como principio de grupo la ranura 17, como indica el cuadro deprincipios de fase. En la Figura 8.22, se puede observar cómo queda colocado y conectado el segundo grupo de la fase V.
Fig. 8.20. Colocación y conexión del segundogrupode la mismaFase U.
2.° A continuación, colocamos el segundo y el último grupo de la fase Uutilizando la ranura 13, como principiodel segundo grupo, respetando, como en el grupo anterior, la amplitud y el número de bobinas por grupo.
En la Figura 8.20, podemos observar la colocación delsegundo grupo de la fase U conectado con el anterior,final con principio o por polos consecuentes ppc.
V,
oV2
jV2
oV,
Irliíl 111 rlffi 112 3 4 5 6 7 8 9 la 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4
I
V,
Fig. 8.22. Colocación y conexión del segundogrupode la fase V.
5. 0 De la misma manera que se han colocado los grupos delas fases Uy V, se colocarán los grupos de bobina de lafase W, comenzando por poner el primer grupo en la ranura que indica el cuadro de principios de fase para W
23411 1I 11 I1 2 3 4 5 6 7 8 9 la 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1
I ~ 14'----------' 1
V2
Fig. 823. Colocación del primer grupo de lo fose W.
Fig. 8.24. Colocación del segundo grupo de lo fose W y último delbobinado.
6.° Para concluir el esquema, se coloco el segundo grupode la fase Wy el último del bobinado, como se puedeobservar en la Figura 8.23.
II
., B. Di/ermio entre lo! bobinado! ¡on¡éntri¡o!por polo! y por polo! !ODle(Uente!
En el proceso de cálculo de los bobinados concéntricos seha podido comprobar que se pueden hacer con la conexión por polos (pp) o por polos consecuentes (ppc).
Independientemente de que se puedan construir los bobinados, la conexión por polos tiene el doble de grupos porfase que el bobinado en conexión por polos consecuentes,pero con la mitad de bobinas por grupo.
.1 A. Indi¡o¡ión de 101 extremOl de 101/Olel, mtidolde lo! ¡miente! y lormo¡ión de lo! POIOl
Como se puede observar en la Figura 8.23, la designaciónde los principios y finales de las fases está indicada conunas letras normalizadas, que coincidirán con las indicadas en la placa de bornes del motor.
Como se expuso en la Tabla 8.1, los principios de las fasesson UI , VI y WI, y los finales de las mismas son U2, V2 y
W2, respectivamente.
Los sentidos de las corrientes en las fases se correspondencon losde un sistema trifásico;dos fases tendrán un sentido,y una fase, el sentido contrario, o viceversa.
El sentido de las corrientes se aplica a las bobinas del motor, con una Recha que indica el sentido de la corriente; unavez concluido, reproducirá el aspecto de los polos. Se puede comprobar en la Figura 8.25.
V,u,w,
I I I I! I Ltt 111 I II I
JI-m I rlttñTll1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4
,L f_" I i -T-f1 1 1~ ~ ~ ~ ~
U, W, V,
?IT!tñftñ I r;=l=t=.:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4
.-I! 2 3 4 5 Óll ~ 1 211~
¡
5 Ó 7 811~ 2 3 418 9 10 4 20 1, I I 1 , 1 I
T¿u, w, V, W, u, V,
Fig. 8.25. Sentidos de loscorrientes y formación de lospolos.
Como se puede comprobar, el cuadro de principio de fasedel bobinado por polos consecuentes es el mismoque la conexión por polos.
Por lo tanto, la conexión por polos indica el principio defase de la mitad de los grupos, y coloca los grupos restan-
(010 prÓllilO I
Realiza el esquema del bobinado de un motor trifásicoconcéntrico de una capa, con 24 ranuras, 4 polos y conexión por polos.
El procedimiento a seguir será el siguiente:
Números de ranuras, polos y fases (Kpq)
El número de ranuras por polo y fase es el indicativo delas posibilidades de ejecución del bobinado, por lo quedebemos determinarlo antes de proceder al resto del cálculo, sabiendo las condiciones para realizarlo.
En este caso, el resultado permite realizar el bobinadocon grupos enteros.
K 24Kpq=--=--=2
2p.q 4·3
Bobinas y capas por ranuras (8)
En una ranura se sitúa, en este caso, un haz activo debobina, por lo que el número de bobinas del motor serála mitad del número de ranuras.
K 24Bt=-=-= 12
2 2
Número de grupos totales (Gt)
En conexión pp, el número de grupos de todo el bobinado será:
Gt= 2p . q = 4 . 3 = 12
Número de grupos por fase (Gi)
Conocido el número de grupos totales, lo único que hayque hacer es determinar el número de grupos de bobinas por fase.
Gf= 2p= 4
tes en el espacio entre grupos de la misma fase y de igualtamaño.
En la Figura 8.26, podemos observar la colocación de losgrupos de bobinas para un bobinado de 24 ranuras, de 4polos, trifásico y conexión por polos.
Número de bobines por grupos (U)
En este caso de conexión pp, el número de bobinas porgrupo será:
Bt 12U=-=-=l
Gt 12
Amplitud de grupo (m)
La amplitud en este caso de conexión pp, será:
m = (q - 1) . 2U = (3 - 1) . 2 . 1 = 4
Principios de las fases (Y120)
En el caso de los principios de fase, determinará de lamisma manera para los dos tipos de conexionados, y lafórmula será la misma para ambas conexiones:
K 24YI2o=-=-=4
3p 6
Cuadros de principios de fase
Hay que componer el cuadro de principios trazando tantas filas como pares de polos tiene el motor, y empezando el principio U por la ranura 1; después, sumaremos alas siguientes celdas del cuadro el resultado de Y120• Porlo tanto, será:
En este caso, podemos observar, en el esquema de la Figura 8.27, que los principios de cada fase que nos indica el cuadro coinciden con la mitad de los principios que
T
(010 práetilo 1 (lontinuolión)
Fig. 8.27. Bobinado por polos de un motor trifásico concéntrico de24 ranuras de una capa.
nlfffñtfrITfFffíFTTtfí¡ 2 3 4 5 6 7 8 9 la 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4
I 11 1 I " 1I I I¡ 1--,
i o o
En la Figura 8.27, se puede comprobar el esquema completo del bobinado.
Este esquema está representado a tres niveles para impedir el cruce de las cabezas de las bobinas. Se ha seleccionado esta forma de representación porque facilitatanto su composición como su comprensión.
v2U2w,U, w, v,
,
I ¡. ii
I I¡ , ¡ i
1 2 345 6 7 8 9 la 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 ¡ 2 3 4
I 1 I! I I I II I
Ii
jI
1U¡ U2
Una vez obtenidos los datos necesarios para confeccionar el esquema, se procederá con el primer grupode la fase Uf y así hasta terminar con el últimogrupo dela fase w.
Fig. 8.26. Colocación de losgrupos de bobinasde la fase U, conexiónpor polos.
hay en cada grupo, por lo que la otra mitad de los grupos de cada fase se colocará como indica la Figura 8.26.
Bobinodos concéntrius enterosy fraccionados
• (sQU~mo de un motu moufósiuconcéntrico
Un bobinado es fraccionario cuando el número de ranuraspor polo y fase (Kpq) es fraccionario.
Estos bobinados se ejecutan generalmente cuando se quiere adaptar de una polaridad a otra con el mismo estator,produciéndose unos resultados en el número de bobinaspor grupo, un valor entero más una parte fraccionaria.
Como el número de bobinas por grupo no es un númeroentero (por ejemplo, dos bobinas y media), se formarángrupos, en la misma fase, de tres bobinas y dos bobinasalternativamente, y el número total de bobinas de una
.- fase (Bf) será el valor del número de bobinas por grupopor el número de grupos. En la Figura 8.28, se puedecomprobar el resultado del número de grupos y de bobinas por fase.
Bf=U· Gf =2,5 . 2 =5
El bobinado de los motores monofásicos consta, esencialmente, de un bobinado principal que está funcionando permanentemente y un bobinado auxiliar que funciona en elmomento del arranque.
Los bobinados monofásicos se confeccionan concéntricamente y generalmente por polos, aunque para los de bobinados superpuestos no hay unos criterios definidos.
Entreel bobinado principal y el auxiliar debe existir un desfase de 80 a 85 grados eléctricos para conseguir el arranque; por ello, la construcción de los bobinados se hace conbobinas de diferentes espiras y diámetros entre los bobinados auxiliar y principal.
En muchos casos no es posible conseguir el arranque delmotor, por lo que se conecta un condensador al bobinadoauxiliar para aumentar el desfase entre los bobinados.
1Il ¡
i!
¡ !I i i r
·-~1
I
II I I I
j
I II ¡ II
I! I i i II
\ , I i II i
1 II I, !3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 30
i I I
I1
I ! IIi ! I I
1I
, I I
I,
I II
I !I
! I II
II,I I II
,
U, V, w,
W,? U,
v'f
I
Fig. 8.28. Esquema de un bobinadoconcéntrico Fraccionario.
Nos podremos encontrar motores concéntricos por su bobinado, con bobinados separados y con bobinados superpuestos.
Los bobinados separados tienen ranuras independientes encada bobinado, y los bobinados superpuestos compartenranuras de ambos bobinados.
., A. (ól¡ulo de 101 bobinadol monOIÓli¡OlleparadolLos bobinados separados constan de un bobinado principal, que ocupa dos tercios del número de ranuras del estaIor, y de un bobinado auxiliar que ocupa el tercio reslonte.
El cálculo para el bobinado principal se realiza con independencia del bobinado auxiliar.
Bobinas por grupo y amplitud de.grupo en elbobinado principal "
En los bobinados separados, las bobinas por grupo y laamplitud se determinan con la misma fórmula:
Fórmula 8.14
~L:EJ
Bobinas por grupo del bobinado auxiliar
El número de bobinas que contiene cada grupo del bobinado auxiliar se determina por:
'J
Fórmula 8.15
~Uo =12· P
Paso de principios
Para confeccionar el cuadro de principios, se determinará
el paso de principio:
Fórmula 8.17
Amplitud del grupo del bobinado auxiliar
La amplitud se determina mediante el número de ranuras, yel número de polos se determina por:
Fórmula 8.16Si el desfase de los bobinados monofásicos es de, aproximadamente, 90 grados eléctricos, el paso de principios,como en los bobinados trifásicos, estará en función del número de ranuras y de polos.
Realiza el esquema de un bobinado monofásico concéntrico separado, cuyos datos son:
K=24
2p=4
q=1
Paso de principios
K 24Y9Q=-=--=3
4p 4·2
Cuadro de principios
Número de bobinas por grupo del bobinadoprincipal
K 24U=m=-=--=2
6p 6·2
Número de bobinas por grupo del bobinadoauxiliar
u"u,o u,
I1 2 3 4 5 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3
I L.~===1=I=J'----'K 24
m=-=--=43p 3·2
u=~= 24 = 1o 12p 12 . 2
Amplitud de grupo auxiliar
•Fig. 8.29. Esquema de un bobinada monofásica separada.
Amplitud de grupo del bobinado auxiliar (ma )
La amplitud se determinará por:
Fórmula 8.19
., B. fóllUlo de 101 bobinadol monolÓlilO¡ luperpmtO¡Para realizar el cálculo de los bobinados monofásicos superpuestos, partimos de determinar el número de bobinaspor grupo de forma convencional, bien por datos obtenidos en el desmontaje, o bien por características propias delmotor.
Bobinas por grupo del bobinado principal (U)
El número de bobinas por grupo será tomado convencionalmente del desmontaje del bobinado.
Fórmula 8.18
m=K-(2p·2U)
2p
Bobinas pcr grupo del bobinado auxiliar (Ua )
El número de bobinas por grupo será tomado convencionalmente del desmontaje del bobinado.
Amplitud de grupo del bobinado principal (m)
La amplitud se determinará por:
K- (2p. 2Ua)
2p
Paso de principio
El paso de principio que se utiliza es el determinado en losbobinados separados.
KY90=
4p
Amplitud de grupo del bobinado auxiliarRealiza el esquema de un bobinado monofósico concéntrico superpuesto, cuyos datos son:
• K= 24
• 2p= 4
• q=l
K- (2p· 2Ua)
2p
Paso de principio
_2_4_-.:.-(4_._2_'--,-1,5~) = _1_2 = 34 4
Bobinas por grupo del bobinado principal (U)
El número de bobinas por grupo será tomado convencionalmente en el desmontaje del bobinado.
K 24Y90=-=-=3
4p 8
Cuadro de principios
U=2,5 .
Ua = 1,5
Amplitud de grupo del bobinado principal
Bobina por grupo del bobinado auxiliar (Ua )
El número de bobinas por grupo será tomado convencionalmente del desmontaje del bobinado.
~ u,1 4
7 10
13 16
19 22
A continuación se procederó a la confección del esquemade un bobinado monofásico superpuesto, que corresponde con el de la Figura 8.30.
4-= 14
K - (2p . 2U) 24 - (4 . 2 . 2,5)m= =
2p 4
(010 próctico J (continuoción)
lmm00000m0~mm00000m0~mm00I I I I
I
I
I II I
~ Ii I I
u,
Fig. 8.30. Bobinodo monofásico superpuesto.
u,
• Dijenuiu eun lu bobinadosexcéntricO$ y 10í concéntricos
A diferencia de los bobinados concéntricos, en los bobinados excéntricostodas las bobinas del bobinado son iguales.los bobinados excéntricos, como se puede ver en el Cuadro 8.1, se clasifican en imbricados y ondulados.
los bobinados excéntricos que vamos a estudiar en estaUnidad serán los imbricados, ya que son los que generalmente se utilizan en motores y están extendidos por todoslos ámbitos industriales, agrícolas, domésticos, etc.
los bobinados imbricados se conectan generalmente mediante polos, lo que indica que tienen tantos grupos de bobinas como polos tiene el bobinado.
los bobinados imbricados se pueden calcular y ejecutar enuna o dos capas.
• En los bobinados excéntricos de una y dos capas se puedereducir el paso polar (ancho de bobina). En el caso de losbobinados imbricados de una capa, el paso polar se puede reducir, pero siempre respetando el valor impar, comoveremos más adelante. En cambio, en los bobinados irn-
bricados de dos capas, el valor del paso polar puede serpar o impar.
l1li Bobinados excéntrius enterosy fraccionados
Al clasificar los bobinados, se estudió cómo los bobinadosimbricados podían ser de una o dos cepos, pero tambiénenteros o fraccionarios.
Serán enteros o fraccionarios dependiendo de si el númerode bobinas por grupo es entero o fraccionario, para lo queaplicaremos la siguiente fórmula:
Fórmula 8.21
~~
En los imbricados de dos capas, el número de bobinas totales será igual al número de ranuras.
.1 A. (ondi(ionel de 101 bobinadol imbri(odol enterolde uno (apO
En los bobinados enteros de una capa, cada lado activo dela bobina ocupa una ranura. las bobinas de estos bobinados tienen colocado un lado activo en una ranura par, y elotro lado activo, en una ranura impar, lo que hace que elpaso de ranura o ancho de bobina sea impar.
Por su construcción, las cabezas de bobinas están dirigidashacia la derecha y hacia la izquierda alternativamente. Enla Figura 8.30, se puede observar la dirección de las cabezas de bobinas.
Fig. 8.31. Sen/ido de los cabezas de bobinas de unbobinodo imbricadode unacapa.
Otra de las candiciones que deben reunir estos bobinadoses que el paso de ranura sea aproximadamente igual alpaso polar. Conocidas estas condiciones, podemos exponer lo siguiente:
• Para paso polar impar, el ancho de bobina deberáser igual al paso polar. También puede ser acortado elpaso polar en la cantidad deseada, de forma que quedesiempre el paso polar como valor impar.
El paso polar se obtiene mediante:
Fórmula 8.22
KYp=
2p
Yp == Yk
Si acortarmos el ancho de bobina en los bobinados imbricados, obtendremos tantas ranuras muertas como ranuras acortemos; esto reduce el tamaño de los polos y,por consiguiente, reduce la potencia del motar.
• Para paso polar par, forzosamente debemos acortarlo a valor impar para que se pueda construir. Si tenemos un paso polar de 8, deberemos reducirlo a 7 o 5,pero siempre deberá ser impar.
ID {ólculo de los bobinadosimbri{odos de uno {opa
Como indicábamos en el Apartado 8.3 al estudiar los bobinados trifásicos, los elementos son comunes a todos losbobinados de corriente alterna.
Por lo tanto, se utilizarán los mismos para determinar cadauno de los elementos de los bobinados imbricados.
Para el cálculo de los bobinados imbricados, se recurriráa las fórmulas utilizadas en los concéntricos, con la excepción del paso polar o ancho de bobina; como los bobinados imbricados se ejecutan generalmentepor polos, sólo recurriremos a las empleadas en conexión por polos.
Númerro de rt:ll':ll.1rrcs por i"0lo y ·f'Os<;
Fórmula 8.2
~~
Número de bobines para un b.ob¡rI<rJ..j©imbricado de una cepe
Fórmula 8.3
Número de bobines pere ¡;n bob!i1Iodoimbricado de dos copes
Fórmula 8.4
Grupos totcies del bcbin;cdo
Fórmula 8.5
BtGt=2p· q=
2pq
Grupos de bobinas por fase
Fórmula 8.7
I Gf= 2p I
Número de bobinas por grupo
Fórmula 8.9
~~
Paso polar o ancho de bobina
Fórmula 8.22
~~
Paso de principios de fase
Fórmula 8.13
1I
Realiza el esquema del bobinado de un motor trifásicoimbricado de una capa, cuyos datos son:
• K= 24 ranuras
• 2p = 2 polos
• q= 3
Número de ranuras por polo y fase
Será:
K 24Kpq= ---=4
2p·q 2·3
Número de bobinas para imbricado de unacapa
Será:
K 24B=-=-= 12
2 2
Grupos totales del bobinado
Será:
Gt = 2p . q = 2 . 3 = 6
• Grupos por fase
Será:
Gf=2p=2
•
Bobinas por grupo
Será:
B 12U=-=-=2
Gt 6
Paso polar
Será:
K 24Yp=-=-= 12-3=9
2p 2
Al ser número par, se acortará hasta tener un paso polarimpar. En este caso el paso polar queda en 9.
Ancho de bobina o paso de ranura
Será:
YhYp=12-3~9
Paso de principios de fase
Será:
K 24Yl20=-=--= 8
3p 3·1
Cuadro de principios de fase
I19lsquema de un bobinadoimbricado de una (opa
Como se observa en la tabla de principios de fase, tan sólohay un principio de fase por cada una, lo que indica quede los dos grupos de bobina que tiene cada fase, tan sólouno tiene identificado el principio, por lo que el segundogrupo se tendrá que ubicar como se expuso con los concéntricos.
En la Figura 8.32, se observa la distribución de los dos grupos de la fase U.
II
, .__4_•••~ ,
ó
u,
Fig. 8.32. Distribución de Jos grupos de /0 fase U.
3
Una vez calculado el bobinado, para confeccionar el esquema debemos tener en consideración las siguientes observaciones:
• los lados activos de ranuras consecutivas deberán tenersus cabezas de bobinas dirigidas en sentido opuesto.
• las bobinas dirigidas hacia el mismo sentido deberánagruparse por grupos de valor igual al del número de bobinas por grupo.
En la Figura 8.33, se puede observar el sentido de las bobinas y su agrupamiento.
(ólulo de los bobinadosimbricados de dos (opas
Un bobinado de dos capas es aquel en el que se encuentran dos bobinas diferentes de distinta fase, o de su mismafase en una misma ranura.
Para realizar los cálculos de los bobinados imbricados dedos capas, debemos considerar, con respecto a los imbricados de una capa, que el número de bobinas en este casoes igual al número de ranuras (B = K)
Por lo tanto, el cálculose realizará con las mismas fórmulas.
I I I I II I I;.,
I I II Ii I
II,
! ,
I1
i I I¡
l ii ,! ,
Iíi,
1I¿\
lU¡
2 4 5 6 7 8 9 la
V¡
2 4 5 6 7 8 9 20
W¡
234
I-.J
Fig. 8.33. Esquema completo de un bobinadotrifásico imbricado de una capa.
(010 próctico J
Calcula y realizar el esquema de un bobinado imbricadode dos capas, con los datos siguientes:
• K=12
• 2p= 2
• q= 3
• B= k
Númei"'!:l de n:':I1UIi"tIIS por polos ';/ fese
Será:
K 12Kpq=-=--=2
2pq 2·3
lBo¡'in<cs tro~o;;les
Será:
B=K=12
Grupos totales
Será:
Gt=2p . q =2 . 3 =6
Grupos por fase
Será:
Gf=2p=2
Bobinas por grupo
Será:
B 12U=-=-=2
Gt 6
Paso pelcr
Será:
K 12Yp=-=-=6
2p 2
Ancho de NlllI\Ji"a o ¡;1lí;l§O de bobina
Será:
Yk"" =Yp =6 (acortado en 2 unidades) =} 4
Paso de principios
Será:
K 12Y120=-=--=4
3p 3·1
Cuadro de principios
~-r-;-r-;¡
r 1 I_~J_~J
m IsQUuu de un bobinadoimbricado de dos (apas
Eneste sentido, en la Figura 8.34 se pueden comprobar loscruces de bobinas innecesarios que se producen en las salidas de los ranuras, y que complican la elaboración de losesquemas de los bobinados de dos capas.
Fig. 8.34. Dirección de las cabezasde bobinas salidas de unamisma ranura.
En los bobinados de dos capas, los lados activosde una misma ranura deberán tener las cabezas de bobinas dirigidas ensentidos opuestos,como se puede apreciar en la Figura 8.34.
El paso polar de los bobinados imbricados de dos capaspuede ser par o impar, y se puede acortor cuando se quie-
• ro o sea necesario.
Para confeccionar el esquema del bobinado, cuando unabobina sale de la parte derecha de la ranura, debe entraren la parte izquierda de la ranura que le corresponda paraevitar cruces innecesarios.
1 2 345
I I I I 11 11 11678 9
11 11 I I I I
., A. ¡¡quema del bobinado imbricado de do¡ (Opa¡En la Figura 8.35 se puede observar la colocación de la
fase U, que consta de dos grupos de bobinas, al igual quetodas las fases del bobinado.
~~~I I i I123 456
I I ••¡lvL
¿u, av, aw,
w,
w, yu, V,
Fig.8.37. Esquema del montaje completo de un bobinado imbricodo dedos capas.
aW'lU' av,
Fig. 8.35. Esquema delmontaje de la fose U de unbobinodo imbricodo dedoscapas.
l1li Bobinados de dos reluidaduConexión Dohlonder
Como se indicó antes, este bobinado consiste en dividir lafase en dos mitades. La conexión de los grupos se hará porpolos entre los grupos impores, y de la misma manera entre los grupos pares.
Conectados los grupos pares e impares, para cerrar el bobinado se conectarán ambas mitades, uniendo el final delúltimo grupo impor con el siguiente grupo par.
En la Figura 8.38, se puede comprobar la distribución y conexión de los grupos.
En los motores asíncronos, es posible obtener dos velocidades distintas con un solo bobinado mediante el cambio delnúmero de polos.
Esto se consigue mediante un cambio de conexiones internas y disponiendo cada fase del bobinado en dos mitades.Mediante la conmutación de polos del propio bobinado, seconsigue el cambio de velocidad.
La relación de velocidades distintas que se puede obtenermediante la conmutación de polaridad es de 2: 1. Estosupone que si la mayor velocidad de un motor de dosvelocidades es de 1500 rpm, la menor v€llocidad será de750 rpm.
Estetipo de bobinado se conoce con el nombre de bobinado de conexión Dahlander.
aw, U, v,
V, aw,
2 3 4 5 6 7 8 9 10
En la Figura 8.36, se puede observar cómo queda colocada la fase v.
En la Figura 8.37, se puede observar el esquema completo de un bobinado imbricado de dos capas.
Fig. 8.36. Esquema delmontaje delo fose V de unbobinado imbricado dedos capas.
Fig. 8.38. Distribución y conexión de grupos de unbobinadode conexiónDahlander.
~ ~ ~ ~POIOSttHtttt tt tt tt r :1 2 3 <1 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
11 1) tU ¡ ¡ uyu \',0"IPri,,;~l:, ,Punto
medio
Grupo 1 Grupo 2 Grupo3 Grupo4 • Generalmente, se ejecutan como si fueran imbricados de
dos capas.
• El ancho de bobina se determinará mediante el mayornúmero de polos.
• El número de bobinas por fase se determinará mediante· el menor número de polos.
• El principio de fases se determinará mediante el menornúmero de polos.
• Las dos mitades de cada fase (grupos impares y pares)se conectarán mediante un puente.
• Por cada fase se obtienen tres puntas: principio, final ypunto medio.
Tabla 8.2. Cuadro resumen para el cólculo de un bobinado de conexiónDahlander.
IU=1f¡= 2:I 1
IK ----- 1
I Y120=- I¡
L ~_.. _.__._~ 3_p ._.J
Una polaridad se formará aplicando la entrada de corriente en los principios de fases; los finales de las fases serán las salidas.
La otra polaridad se formará aplicando la entrada de corriente en los puntos medios; los principios y los finales delas mismas serán la solida de las fases.
mCólulo de los bobinadosimbricados de dos velocidades
En este tipo de bobinados, el proceso de cálculo se realizará teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:
KKpq=
2pq
KYp=-~ Yk
2p
II Gt= 2p· q
I
IGf= 2p
I
•
Calcular el bobinado imbricado de dos velocidades deconexián Dahlander, cuyos datos son los siguientes:
• K= 24
• 2p = 2 y 4
• q= 3
Número de ranuras por polos y fase
Será:
K 24Kpq=-=--=2
2pq 4·3
Bobinas totales
Será:
B=K=24
Grupos totales
Será:
Gt =2p . q = 2 . 3 =6
Grupos por fase
Será:
Gf=2p=2
(010 próctico 6 (continudción)
Bobinas por grupo
Será:
B 24U=-=-=4
Gt 6
Paso polar
Será:
K 24Yp=-=-=6
2p 4
Anche de ranura o paso de bobina
Será:
Yk~ = Yp = 6 => Acortado en 2 unidades => Yk = 4
•
Isuemo de un bobinadoimbri(odo de dos velo(idodes
En la confección del bobinado imbricado de dos velocidades, la conexión de los grupos se hará por polos entre losgrupos impares, de la misma manera que entre los grupospares.
Conectados los grupos pares e impares, para cerrar el bobinado se conectarán ambas mitades, uniendo el final delúltimo grupo impar con el siguiente grupo par.
De esta manera obtendremos un principio (U¡), un final (U2)
y un punto medio (UM) por cada fase.
En la Figura 8.39, se puede observar el esquema de los dosgrupos de la fase U.
Las tres fases del bobinado se pueden conectar en estrella oen triángulo, ya estén las mitades conectadas en estrella oen triángulo.
Paso de principios
Será:
K 24YI20=-=--=4
3p 3·2
~ ., /V)./;'-'1~/~-I'~ l' rr1f~::r;'AI' I
/-::::::::;:-/1 1 , , ./;:"/;/ ill '1 " l.'
//~~/ : I I ¡ '-r Ir í r I I I I ¡ir I r I i I i12345678910123456789201234I . , , "1 l' i I , I 'i, '¡ I 11 /
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1 "<'i<:'!--. I U' "'~" I1 ,,'~ .J I . - ~
~ ~l ~
Fig. 8.39. Esquema de la fase U delbobinadoimbricado de dos velocidades, conexión Dahlander.
Lasconexiones más utilizadas en los bobinados Dahlanderson las estrella-doble estrella (Y/YY) y triángulo-dobleestrella (A/YYj.
La conexión estrella-doble estrella se realiza cuando las mitades de las fases se ponen en paralelo, creando otra estrella con la mitad del bobinado, como se puede observaren la Figura 8.42.
, ~
2 3 4 5 6 7 8 9 10 2345678 9 20 234
3 429 207 82 3 4 5 6
IU Ó
M
I ¡I ''-~--~--,--,
9 102345678
Fig. 8.40, Esquema de la fase V del babinadoimbricada de dos velocidades, canexión Dahlander.
.- 1U¡ V2 VI UMVM
W2 WM
Fig. 8.41. Esquema delbobinadoimbricado de dos velocidades, conexión Dahlander.
Conexión Dahlander f1/YY
L,Conexión Dahlander Y
L,Conexión Dahlander Y
L,
Velocidad bajo Velocidad alta Velocidad baja Velocidad clto
Conexión YYConexión ~
L, L, L3
Fig. 843. Conexión Dahlander trióngulo-doble estrella (Ami.
Conexión yyConexión YL, L, L3
Fig. 8.42. Conexión Dahlander estrella-dable estrella (YIYY).
(aractuíHicu d!feuuioduude 10$ bobinados excéntricoslrouionarios
Un bobinado es fraccionario si el resultado obtenido del número de bobinas de grupos es entero; en este caso, todoslos grupos del bobinado serán iguales.
En cambio, si el número de bobinas por grupo es fraccionario, los grupos serán desiguales y se distribuirán por laperiferia del estator con una repetición de los grupos; estosbobinados se llaman fraccionarios.
Estosbobinados se ejecutan generalmente cuando se quiere cambiar de una polaridad a otra con el mismo estator.Con el cambio de polaridad, puede ocurrir que el númerode bobinas por grupo nos dé un número entero más unaparte fraccionaria.
Como el número de bobinas por grupo no es entero (porejemplo, 2 bobinas y media), se formarán grupos, en lamisma fase, de 3 bobinas y 2 bobinas alternativamente; elnúmero total de bobinas de una fase (BR será el valor delnúmero de bobinas por grupo por el número de grupos. Enla Figura 8.28, se puede comprobar el resultado del número de grupos y de bobinas por fase.
Bf=u·Gf
j
Autoevaluación
1. Clasifica los motores asíncronos en función de su bobinado.
2. ¿Qué se comprueba con el cálculo del número de ranuras por polo y fase (Kpq)?
3. ¿Qué es la amplitud de grupo? ¿En qué tipos de bobinados se emplea?
4. ¿Cómo definirías el ancho de bobina y qué relacióntiene con el paso polar?
5. ¿Qué datos son necesarios para confeccionar el esquema de un bobinado concéntrico de una capa?
6. ¿Por qué se produce el arranque en un motor monofásico?
7. ¿Qué se hace cuando el paso polar de un bobinadoimbricado de una capa tiene un valor par?
8. ¿Qué ocurre cuando en un bobinado imbricado dedos capas el paso polar tiene un valor impar?
9. ¿Cómo se soluciona un bobinado concéntrico de unacapa cuando el número de bobinas por grupo tieneuna unidad más de media?
10. ¿Qué es un bobinado de conexión Dahlander? ¿Cómose distribuyen los grupos de bobinas?
Actividades de enseñanza-aprendizaje
11. Calcula el bobinado de un motor concéntrico, conociendo los siguientes datos:
K= 36 ranuras
n= 1000 rpm
q=3
Conexión por polos, en una red de 50 Hz.
• Objetivos:
- Determinar si es posible su cálculo y su posteriorejecución.
- Comprobar el buen funcionamiento, señalizandolos sentidos de las corrientes y la marcación delos polos.
- Utilizar las nuevas designaciones de bornes.
- Confeccionar el esquema de un bobinado con-céntrico.
• Medios didácticos:
- libro de texto.
- Útiles de dibujo.
• Procedimiento:
1.° Calcula el bobinado utilizando las fórmulas adecuadas para los bobinados concéntricos.
2.° Diseña el esquema del bobinado, comenzandoy terminando con una fose, para más tarde continuar con las demás.
3.° Señaliza los principios y finales de fase.
4.° Señaliza los sentidos de las corrientes y, por consiguiente, la marcación de los polos.
• Contesta:
a) Realiza el cálculo del bobinado propuesto.
b) Dibuja el esquema del bobinado propuesto.
12. Calcula el bobinado de un motor concéntrico, conociendo los siguientes datos:
K= 36 ranuras
2p= 6
q=3
Conexión por polos consecuentes.
• Objetivos:
- Determinar si es posible su cálculo y su posteriorejecución.
- Comprobar el buen funcionamiento, señalizandolos sentidos de las corrientes y la marcación delos polos.
- Utilizar las nuevas designaciones de bornes.
- Confeccionar el esquema de un bobinado con-céntrico.
• Medios didácticos:
- libro de texto.
- Útiles de dibujo.
• Procedimiento:
1.° Calcula el bobinado utilizando las fórmulas adecuadas para los bobinados concéntricos.
1i
2.° Diseña el esquema del bobinado, comenzandoy terminando con una fase, para más tarde continuarcon las demás.
r Señaliza los principios yfinales de fase.
4.° Señaliza los sentidos de las corrientes y la marcación de los polos.
• Contesta:
a) Realiza el cálculo del bobinado propuesto.
b) Dibuja el esquema del bobinado propuesto.
13. Calcula el bobinado de un motor imbricadodeuna capa, conociendo los siguientes datos:
K= 36 ranuras
2p=4
q=3
Conexión por polos.
Paso diametral (anchodel valor del paso polar).
• Objetivos:
- Determinar si es posible su cálculo y su posteriorejecución.
- Comprobarel buen funcionamiento, señalizandolos sentidos de las corrientes y la marcación delos polos.
Utilizar las nuevas designaciones de bornes.
Confeccionar el esquema de un bobinado imbricado.
• Medios didácticos:
- libro de texto.
- Útiles de dibujo.
• Procedimiento:
1.° Calcula el bobinado utilizando las fórmulas adecuadas para los bobinados imbricados.
2.° Diseña el esquema del bobinado, comenzandoy terminando con una fase, para más tarde continuar con las demás.
3." Señaliza los principios y finales de fase.
4.° Señaliza los sentidos de las corrientes y la marcación de los polos.
• Contesta:
a) Realiza el cálculo del bobinado propuesto.
b) Dibuja el esquema del bobinado propuesto.
14. Calcula el bobinado de un motor imbricadode dos capas, conociendo los siguientes datos:
K= 12 ranuras
2p= 2
q=3
B= K
Paso diametral (ancho del valor del paso polar).
• Objetivos:
- Determinar si es posiblesu cálculo y su posteriorejecución.
- Comprobarel buen funcionamiento, señalizandolos sentidos de las corrientes y la marcación delos polos.
Utilizar las nuevasdesignaciones de bornes.
- Confeccionar el esquema de un bobinado imbricado de dos capas
• Medios didácticos:
- libro de texto.
- Útiles de dibujo.
• Procedimiento:
1.0 Calculael bobinado utilizando las fórmulas adecuadas para los bobinados imbricados de doscapas.
2.° Diseña el esquema del bobinado, comenzandoy terminando con una fase, para más tarde continuar con las demás.
r Señaliza los principios yfinales de fase.
4.° Señaliza los sentidos de las corrientes y la marcación de los polos.
• Contesta:
a) Realiza el cálculo del bobinado propuesto.
b) Dibuja el esquema del bobinado propuesto.
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in ien ta]'tma~ u¡no $
de u.rltieOle oIten o
• Mantenimiento pruentiu paramáq u¡na sde (O rri ente oIterna
En la Unidad 1 se han considerado diferentes tipos de man
tenimiento de máquinas eléctricas: el mantenimiento pre
ventivo, el mantenimiento correctivo y el mantenimiento planificado.
Como se expuso en la Unidad 6, para poder desarrollar un
buen programa de mantenimiento, son prioritarias la efi
cacia y la rapidez de las revisiones, las reparaciones o sus
titución de la máquina en cuestión y las fechas idóneas demenor producción o mínima repercusión en el rendimiento
de la propia máquina.
Para ello, los factores que se deberán tener en cuenta son:
• Un asesoramiento adecuado del plan de mantenimiento necesario para cada máquina.
• Una buena asistencia técnica cualificada.
• Suficiente celeridad y destreza en el equipo humano.
Para ello se debe contar con los medios necesarios, historial
de la máquina, planning de mantenimiento, equipos
de medidas y controlpara la detección de averías, equipo deherramientas para su reparación si procede, celeridad en la
adquisición de los repuestos de las piezas que sustituir, etc.
~----+--j-t-+-+-+-+--j-t---
~---+-+-cf-+ -+-+-I--+-+--~r~~--
En el caso de las máquinas de corriente alterna y de cual
quier tipo de máquina rotativa, el sistema de mante
nimiento puede desarrollarse desde diversos planteamientos.
En muchos casos, la propia empresa na puede desarrollar
todo el proceso de mantenimiento de máquinas con sus propios recursos.
Por este motivo muchas industrias optan por desarrollar el
plan de mantenimiento a través de una empresa especiali
zada o realizan el programa de mantenimiento preventivode forma mixta, es decir, parte lo realiza la propia compa
ñía y parte la empresa contratada para tal fin.
En la Tabla 9.1 podemos comprobar la ficha utilizada en eltaller para seguir un proceso ordenado en la gestión de ave
rías de una máquina y conocer su historial.
Uelutu que iueninueneI mon te n¡mi enlo PiHU ti ve
En el mantenimiento de máquinas eléctricas, los procesos
utilizados y la secuencia en las actuaciones suelen variar
poco de una máquina a otra.
1
Tabla 9.1. Ficha de tel/er para la reparación y mantenimiento de máquinas eléctricas.
Cada máquina debe contar con un plan de mantenimientopreventivo, además de un historial de averías.
• , A. ProcelOIComo se indicó en la Unidad 6, los procesos para intervenir en una máquina deberán contar al menos con las siguientes líneas de actuación:
• Planificación.
• Observación.
• Actuación.
• Comprobación.
• .Puesta en funcionamiento.
En el mantenimiento preventivo, si se llevan a cabo comprobaciones específicas, no hay que realizar paradas prolongadas en la máquina.
En los procesos que se siguen, hay que diferenciar entre lasactuaciones de mantenimiento con la máquina en funcionamiento y con la máquina parada.
Las actuaciones que se deberán realizar con la máquinaparada son las que se exponen a continuación; se reparará o sustituirá si el estado de los elementos lo requieren:
• Limpiezacon aspirador o aire seco, en las partes internasde la máquina.
• Comprobación del estado del ventilador.
• Comprobación de la superficie de los anillos rozantes.
• Comprobación visual de la uniformidad del entrehierro.
• Comprobación visual del equilibrado del rotor.
• Comprobación de holguras y ajustes en el rotor.
• Comprobación de placa de bornes, conexiones visibles ysujeción de las bobinas.
• Medición de la puesta a tierra y las resistencias de aislamiento.
• Examen del estado de los aislantes. En caso de estar res-• quebrajado, se limpiará, se secará y se rebarnizará.
• Comprobación de la maniobra de arranque.
• Comprobación del engrase de los elementos mecánicos.
• Limpiezade los conductos de ventilación.
Las actuaciones que se deberán realizar con la máquina en funcionamiento, por no suponer ningún riesgo,son las que se exponen a continuación:
• Limpieza exterior.
• Comprobación de la ventilación adecuada.
• Comprobación de la temperatura de funcionamiento.
• Observación de ruidos, vibraciones y roces.
• Medición de la tensión de alimentación y la intensidad defuncionamiento, que hay que contrastar con las características correspondientes de la máquina.
En la Tabla 9.2, podemos observar un plan de mantenimiento preventivo y correctivo de un ciclo anual.
.1 B. U(il~l
Los útiles que se emplean en el mantenimiento de máquinasde corriente alterna son diversos; muchos de ellos confeccionados por el propio equipo de mantenimiento en funciónde las necesidades que van surgiendo.
Estos útiles pueden ser: destornilladores adaptados a lasranuras del estator, hojas de sierra preparadas para extraer las cuñas de aislamiento de las ranuras, hojas de sierrapara cortar los aislamientos, máquinas para decapar hiloesmaltado, baquetas con cerdas de acero para la limpieza de ranuras, espadines de nylón para adaptar el hilo esmaltado en la ranura, maza de nylón que permite golpeary moldear las bobinas, anillos fijadores de plástico paraagrupar los hilos de las bobinas, moldes de bobinas, etc.
En la Figura 9.1 podemos ver varios útiles y herramientasque se utilizan en bobinados de máquinas eléctricas.
Estetoscopio
Se emplea para la detección de vibraciones y ruidos. Esteaparato se coloca sobre la carcasa de la máquina, y a través de un conducto transmite el ruido a los acoples del oído.
Termómetro
Se utiliza para la medición del calentamiento de la máquina; se le suele acoplar unas sondas para que llegue a diferentes puntos de la máquina.
Moldes de bobinas
Se emplean para la confección de las bobinas; los hay parabobinados concéntricos y excéntricos, como se puede veren la Figura 9.2.
L~~~cada_~os a~~UllUl_U~__• i I
•
•
•
Realizar engrase y limpiar elementos de ventilación
Revisión de anclajes y equilibrado del motor
Comprobación del equilibrado del rotor
Revisarventilacióny calentamiento
¡ I ¡ i i I I ¡! [i i i I I+! i 11 I I! i !- l. -!-+- -+-t-+-+---¡¡--·¡-+-I- +1 -r-L .-, -+--;-
• I I 1 I i ¡ I I 1 I I ¡ 1 I I ' ! I 1 i I \Comprobación del estado de los aisbmie~~ !: 1111J 11 T' 1.1 ! ! IllllMedida de resistencia de aislamiento y puesta a tierrt I T ! milT I I I I I t1--.1
11 I I I I I 1.1 t ¡'~1
.1-------------11 I I I +-[-II--ttmi I i I I_~-
,-el i ¡-llUna vez cada dos años! I I I
I 1 I I , ¡
Comprobación del entrehierro y del bobinado
Comprobación de cojinetes, engrase
limpieza exterior
Comprobación de poleas
Medición de intensidad con el motor en carga
Observar ruidos, vibraciones
i Comprobación de la maniobra de arranque
Tabla 9.2. Plan de mantenimiento preventivo de ciclo anual de ungeneradorde corriente continua.
~
al Alicate universalbl Estractor de poleascl Solapadores guíadi Espadinesel Baquetas con cerdas de acero
fl Espadín de nylongl Maza de nylonhl Alicate punta redondai) Alicate de corteiJ Tijera reforzada
Nivel de burbuja
El nivel de burbuja esuna herramienta necesaria para equi
librar las máquinas en la superficie de trabajo; se emplea
para el nivelado horizontal y vertical.
Consta de una regla que tiene una pequeña ampolla de
agua en la que se encuentra una burbuja de aire. Para la
correcta alineación, la burbuja deberá estar en el centro de
la parte superior del nivel.
Fig. 9.3. Nivelde burbuja paraplano horizontol y vertical.
Fig. 9.1. Diferentes útiles y herromientos empleados en elmantenimiento demáquinas.
al Molde telescópica de bobínadas concéntricos.bl Moldes de bobinas excéntricas.cl Molde de bobinas concéntricas.
Fig. 9.2. Moldes de bobinas.
Extractor de poleas
Elextractor de poleas esun útil eficaz para la extracción de
poleas, cojinetes y tapas de carcasas. Su funcionamiento
consiste en acoplar el eje de la máquina al eje del extrac
tor; con las palas de éstecolocadas en el cojinete, giramos
el eje del extractor provocando la salida del cojinete del eje
de la máquina (véase Figura 9.10).
Molde para ranuras
El molde para ranuras es un útil que se emplea para dar al
aislante de la ranura la forma de la misma. Como podemos
ver en la Figura 9.4, una vez confeccionado el aislante que
rodea la ranura, se amolda para que ocupe todo el volu
men de la misma; de esta forma, el hilo entrará en ella con
más facilidad.
Aislantecolocada en la ranura
Dobleces/------- de ajuste
Fig. 9.4. Molde aislante de ranura.
11I, L Máq nj nal yherro mjentolComo se ha podido comprobar en la Unidad 1, las herra
mientas y máquinas utilizadas en el mantenimiento de má
quinas son muy específicas. Las que se citan a continuación
son las que generalmente se pueden encontrar en un ta
ller de mantenimiento de máquinas eléctricas de corriente
alterna:
Bobinadora eléctrica, bobinadora manual, devanador estático, comprobador integral de motores eléctricos, taladradora portátil, taladro sensitivo, esmeriladora, etc.
Tampocodeben faltar herramientas generales: armario mural de panoplia, juega de destornilladores planos, juega dedestornilladores Phillips, juego de destornilladores 5tecker,alicate de boca plana, alicate de boca redonda, alicate universal, alicate de punta de aguja larga, mordazas, tijerasde electricista, soldador eléctrico, comprobador de continuidad acústico, detector de tensión (buscapolos).
Las llaves son esenciales en desmontajes y montajes de máquinas. No deben faltar: llaves fijas dobles, llaves ajustables, llaves de tubo, llavesacodadas, llaves de vasos y 110vesAllen.
Anál iS¡$ $e( Uen(i oIdel mantenimiento preventivo
Como se ha padido ver en la Tabla 9.2, la secuenciación delplan de mantenimiento preventivo de una máquina es variable.
Los elementos que componen una máquina eléctrica notienen la misma actividad funcional ni el mismo grado dedeterioro. Los anillos rozantes de un alternador, por ejemplo, no tienen el mismo mantenimiento que el propiobobinado, puesto que el rozamiento que se produce enlos anillos rozantes aumenta el deterioro de este últimopar lo que, el mantenimiento en ambos elementos no esel mismo.
Esto nos hace comprender que la secuenciación de un mantenimiento preventivo sólo se realiza por cada elemento yen función del tiempo de trabajo.
.1 A. (omprobacjón de lo! anclajel. lljminacjónde vibracjone! y rujdo!
Una de las causas que puede producir desequilibrio y vibraciones en una máquina es la desnivelación de la propiamáquina. Para ello es importante la colocación nivelada yajustada de sus anclajes.
La nivelación se puede realizar colocando la máquina enuna cimentación adecuada o en carril nivelado. Una vezcolocada la máquina en su sitio, terminaremos de nivelarcon cuñas preparadas para tal fin, colocadas de manera
que la burbuja de aire quede completamente en la parte superior del nivel, como muestra la Figura 9.5.
Carril de abrocheo lo bancada
Bancada de hormigón
Fig.9.5. Nivelación de uno máquina eléctrico.
., B. limpjm de 101 a¡!lamiento! eléctricolHay casos en los que los aislamientos están recubiertos deuna película de aceite o de suciedad adherida. Éstosdebenlimpiarse con un paño humedecido en petróleo; despuéshay que pasarles rápidamente un paño limpio y seco.
Actualmente,existen pulverizadores para la limpieza de grasas, aceites, etc., que facilitan considerablemente la limpiezade las máquinas, al proyectarel líquidopulverizado inclusaenpartes de la máquina a las que no se puede acceder.
Comprobadorde
continuidadacústico
([1~
~
P,~ VV~ v v\!, vv~+p.00 ~, , P, F,. P3 3 .,
U,L...:------J
U,
Fig. 9.6. Pruebo de continuidad de uno Fase de un motor asíncrono decorriente altema.
Fig. 9.8. Entrehierro de un motorde corriente alterna.
Fig. 9.7. Comproboción del desgaste de los cojinetes.
Enalgunos casos, se producen alteraciones de este espacioque causan averías complicadas de reparar; en máquinasespeciales se recurre al rectificado del estator.
Este tipo de avería se suele provocar por el desgaste de loscojinetes, y en la mayor parte de los casos, por falta de engrase de los mismos.
Pérdida del entrehierroZona de roce
El entrehierro debe permanecer siempre uniforme entoda la circunferencia de la máquina, es decir, que la distancia entre el rotor y el estator deberá ser siempre la misma en toda la longitud de la circunferencia .
En la Figura 9.8, se puede observar cómo la parte inferiordel entrehierro no está a la misma distancia que la partesuperior, lo que indica que el rotor está desequilibrado.
11111. (mervolión de 101 lojinetel. (omprobolióndel entre~jerro
• , D. Revi¡ión de lo¡ borne¡ y lonexionel jnterjore!las conexiones de una máquina de corriente alterna se realizan en su placa de bornes; componente de fácil accesopara la revisión de sus contactos con los bobinados. lacomprobación de continuidad es una operación queclarifica bastante el estado de las conexiones.
la medición de la resistencia de los bobinados es unaforma exacta de comprobar si existe una mala conexión porla resistencia de contacto que se produce.
·, L limpieza de anillol rozantel. Verjlilaliónde de¡galte
los anillos rozantes se deben limpiar, de forma cíclica, delpolvo y suciedad que normalmente se produce en los ambientes de trabajo de las máquinas. Para ello se actúa frotando un paño sobre los anillos.
También se pueden limpiar frotando con una liia muy fina,con movimientos circulares, o impregnando un paño conpetróleo y frotando con movimientos circulares los anillos.
Para la verificación del desgaste de los anillos rozantes, basta con inspeccionar visualmente sin desmontar la máquina,ya que generalmente los alternadores tienen en la parte delos anillos rozantes una tapa de fácil desmontaje.
Si la comprobación se realiza con un aparato sonoro decontinuidad (medidor electroacústico), es posible detectarpor el sonido las posibles conexiones defectuosas, agitando levemente las conexiones.
los cojinetes son componentes muy importantes para elbuen funcionamiento de los demás elementos. Un cojinetegastado produce un movimiento descentrado en el rotor y,por tanto, un entrehierro desigual; puede producir un rozamiento entre el estator y el rotor y provocar una rotura delas chapas magnéticas de éstos.
Convienecomprobar la holgura de los cojinetes moviendo eleje verticalmente, como se puede observar en la Figura 9.7.
• Como se indicó en la Unidad 6, el entrehierro es el espaciolibre que separa el rotor del estator. la comprobación delentrehierro en los motores de corriente alterna se realiza visualmente, en una primera inspección, para la detección dedesequilibrios y vibraciones.
En la Figura 9.9, se puede observar el rotor sobre un caballete equilibrado y cómo se desplaza la marca hacia aba[o indicando el mayor peso sobre ese punto, lo que permite detectar el desequilibrio del rotor.
no producido por el funcionamiento, caso poco probableen las máquinas de corriente alterna.
la prueba de continuidad se realiza antes de la limpieza, yuna vez rebarnizado y secado se vuelve a comprobar lacontinuidad y la derivación a masa. En la Figura 9.6 se puede apreciar cómo se realiza esta prueba.
im huIl2U¡@~rl~ ~J2¡fO§ j
simmuI de reparO{¡6~
Marcadesequilibrio
-t~- Caballete
Fig. 99. Comprobación del desequilibrio del rofor.
En todo taller de reparación y mantenimiento de máquinaseléctricas y en toda actuación del equipo de mantenimiento de la propia empresa, se realiza una prueba de recepción de la máquina.
las pruebas de recepción se centran en estoscuatro tipos:
• Verificación de contactos a masa en el bobinado.
Fig. 9. ¡O. Extracción delcojinete de un mofor.
Empresa_~~~~~~~~~_~~_
Dirección Teléfono _
TIpo de máquina Serie_~_
Fecha de recepción Tensión _
rpm Intensidad Fases_~~_
Conexiónen placa de bornes _
Diagnóstico de averia _
• Verificación de interrupciones en cada una de las fasesde los bobinados.
• Verificación de cortocircuitos en cada una de las fases delbobinado.
Fig. 9. ¡ l , Etiqueta de recepción del motor en el taller.
• Verificación manual del giro del eje.
la toma de datos de la máquina en el momento de la recepción facilita considerablemente la organización y la preparación del trabajo.
El tipo de etiqueta que aparece en la Figura 9.11 es el sistema más usual en la toma de datos iniciales de la recepción.
Para la prueba de recepción, se utilizan útiles y aparatosque permitan una valoración inicial ágil y rápida, así como
Cojinetes a extraerCojinetes a extraer
IEje del extractor Ejedel inducido
Palas del extractor
Como se ha expuesto anteriormente, el entrehierro se puede descompensar por el desgaste de algún cojinete o deambos. Para reparar la avería, se deberá sustituir el cojineteutilizando el extractor de cojinetes y colocándolo de la manera indicada en la Figura 9.10. Cuantas más vueltas se leaplique al eje del extractor, más fuerza hacia atrás haránlas palas sobre el cojinete, provocando su extracción.
g'l. Prueba de oillomient9 y contjnuidad de 101 IOH!la prueba de aislamiento se debe realizar durante la operación de secado, cada cuatro horas y durante un minutoen cada prueba.
los bobinados con una resistencia óhmica superior a los50000 ohmios pueden secarse con el propio calor inter-
T!
proceder a la detección de la avería y, seguidamente, a lareparación.
los aparatos de medidas son los instrumentos que generalmente se utilizan para la detección de averías, además delcomprobador de continuidad y la brújula.
Una vez hechas las comprobaciones pertinentes y antes dedesmontar la máquina, se procede a identificar las posiciones que la carcasa y las tapas de la máquina tienen alser recepcionadas.
Para que el montaje de las tapas se realice en la misma posición en que se desmontó, se señala con un granete tanto en las tapas como en la carcasa. En la Figura 9.12, seobservan las marcas en las tapas y la carcasa.
Comprobadoracústicodecontinuidad
/ .-' .-'
/ .::/ / .-'
/ / .-'/ .-'
// ./ /'
~/
Fig. 9.13. Detección de un bobinado interrumpido.
Señales de referencia en montaje
Comprobadoracústico decontinuidad
L, L, L3
@BL, L, L3
U, W,
Conexión estrella Placa de bornes (conexión estrello)
Fig. 9.14. Prueba de continuidad en conexión estrella.
Para comprobar la interrupción en un bobinado trifásicocon conexión estrella, se desconectarán las puntas deentradas LI , L2 YL3 de la placa de bornes.
Una punta del comprobador de continuidad se conectará alborne de entrada de cada fase VI' VI Y WI, y la otra punta, en el puente de conexión estrella V2, V2 y W2, de manera que en el caso de una interrupción en alguna de lasfases, será localizada por la falta de sonido entre el bornede entrada de esa fase y el punto de conexión estrella.
En la Figura 9.14, se puede observar cómo los bornes deentrada al motor están desconectados; el comprobadorde continuidad acústico entre una fase y el punto de conexión estrella no producirá ningún tipo de sonido.
Para comprobar la interrupción en un bobinado trifásicocon conexión triángulo, se desconectarán las puntas
• 1 A. Bobino del ellalor abierlalas interrupciones de las bobinas, de losgrupos de bobinaso de la fase se pueden producir par la rotura del bobinadoen un punto determinado o por una mala conexión en losterminales de los bobinados.
Lateraldel lado Lateral
de la topa ':+--_+-__---'<:--_., I del ejemarcado-- , ---con doscon un granetazos
granetazo
Fig. 9.12. Marcas de identificación dela posición delacarcasa y las tapas.
Esta interrupción en un motor trifásico repercute en su funcionamiento, ya que al interrumpirse una fase, el motor sepuede quemar por sobrecarga de las otras dos.
Para la localización de las interrupciones en los bobinados,se utilizael ohmímetro, la lámpara en serie o el comprobador de continuidad acústico.
Para la detección de un bobinado determinado, se colocarán las puntas del comprobador en cada uno de los extremos de cada fase; en caso de detectarse la interrupción, secomprobará en cada uno de los grupos de bobinas hastalocalizar la bobina yel punta interrumpido. la Figura 9.13muestra el procedimiento de localización de la interrupciónde un bobinado.
.-
de entradas LI , L2 YL3 de la placa de bornes y los puentesde la conexión triángulo.
Una punta del comprobador de continuidad se conectará alborne de entrada de cada fase UI , VI y WI , y la otra punta en cada final de cada fase U2, V2 y W2, de manera queen el caso de una interrupción en alguna de las fases, éstaserá localizada por la falta de sonido entre los bornes deesa fase.
gura 9.16, se puede comprobar cómo se localiza un cortocircuito en una fase.
Otra forma de detectar el cortocircuito en el bobinado esponer en marcha el motor durante unos minutos; una vezcalentado el motor, se para y se comprueba con la mano lazona que se ha calentado en exceso. En esta zona sobrecalentada se localiza la bobina en cortocircuito.
o
W2V2U2
Espiras cortocircuitadas-,
v,
W,
Óhmetro
Fig. 9.1ó. Localización de un corlocircuito en un babinodo.
Grupo de bobinas
u,
Fig. 9.17. Grupode bobinas con una bobino en corlocircuito.
Otro sistema para localizar bobinas en cortocircuito es utilizar una bobina de prueba, que consiste en una bobina arrollada a un núcleo de chapas alimentada con corriente alterna.
o OU2 V2
Placade bornes
Compraba oracústicodecontinuidad
Puentesconexióntriángulo
000 W2~"",===---_--l
I~Iu,lU
W2 W,
Conexióntriángulo
En la Figura 9.15, se puede observar cómo en el borne deentrada de la fase WI se conecta una punta del comprobador y, en el final de esa misma fase, se conecta la otrapunta sin obtener sonido alguno.
Fig. 9.15. Prueba de continuidad en conexión triángulo.
.1 B. Bobinado del ellator en (orto(jnujtoLos cortocircuitos se pueden producir por diversas causas:aislamiento defectuoso, rallado del aislamiento de los hilosal colocar en las ranuras, etc.
Una de las causas de bobinados en cortocircuito que conmás frecuencia se da en los motores de corriente alterna esel calentamiento en los bobinados.
El calentamiento en los bobinados produce el deterioro delaislamiento y las bobinas quedan sin aislamiento, lo que dalugar a una disminución de la resistencia de las bobinas y,por lo tanto, a la elevación de la intensidad en la fase. Estoes debido a la sobrecarga a que se someten en muchas ocasiones los motores.
La forma de detectar un cortocircuito en una bobinado esmedir la intensidad en las tres fases con el motor funcionando en vacío. Si las intensidades son iguales, no existecortocircuito; si la diferencia entre una fase y otra es considerable, será esa fase la que esté cortocircuitada. En la Fi-
Desmontado el estclor, lo bobino de pruebo se coloca en elinterior de éste y se va desplazando ranura a ranura. Cuando encontremos una bobina cortocircuitada, se produciránvibraciones en la banda metálica (por ejemplo, una hojade sierra) dispuesta en el otro extremo de la bobina. En la
Figura 9.18, se puede comprobar cómo va colocada la bobina de prueba y dónde se ubica la banda metálica.
Fig. 9.18. Localización de bobina en cortocircuito por medio de unabobinade prueba.
• 1 C. Bobinado del ellator derivada a mOlO
probador al punto de conexión estrella de la placa de bornes del motor. Si el comprobador acústico suena, el motorestará derivado a masa aunque sin localizar aún la fase de
rivada.
Para localizar la fase derivada, debemos desconectar los
puentes de la placa de bornes y comprobar cada fase conla carcasa del motor, hasta ser detectada mediante el sonido del comprobador. En la Figura 9.20, se muestra el procedimiento para detectar un contacto a masa.
Comprobadoracústico
decontinuidad
v,,.0
V, W,
Fig. 9.19. Localización de contado a masa de ungrupode bobinas.
La derivación a masa es el contacto de un conductor activodel bobinado con algún punto de la carcasa del motor.
Este tipo de contacto se suele producir en el principio o final de una ranura; es un punto de presión de las bobinasen el que el aislamiento de la ranura termina y topa con laparte sin aislar del estator. En la Figura 9.19, se puede observar el punto de contacto a masa.
Para la detección de una derivación a masa de un motor,se conecta una punta del comprobador de continuidadacústico en un punto de la carcasa, y la otra punta del corn-
Comprobadoracústico decontinuidad
Contacto a masa
Fig. 9.20. Localización de contacto a masa de un motor.
.-1 D. (oneXiOnel delellUOlal entre 101 bobinOl yentre101 grupal de bobinal
Cuando en un bobinado se producen conexiones defectuosas, como por ejemplo un grupo de bobinas conectado en oposición al resto de grupos, se da un cambio depolaridad y, como consecuencia, un mal funcionamientoen el motor. Puede producirse un aumento considerable dela intensidad además de ruidos anómalos y velocidad muyreducida.
Para localizar y reparar este inconveniente, se conectan lasfases una a una y sucesivamente a una de corriente continua de baja tensión. Se va acercando una brújula a los grupos de bobinas dispuestos en el estator.
Si los grupos están bien conectados, la aguja cambiará deposición cuando se acerque a grupos de bobinas consecutivos; como indica la Figura 9.21, los polos cambian alternativamente de norte a sur (N-S).
Si al pasar la brújula por un grupo la aguia no cambia deposición, indicará que ese grupo está conectado en oposi-
N S N S N S
CDCDCDCDCDCD
D!JFig. 9.21. Polaridad de grupos de bobinas correcta.
ción, lo que permitirá detectar el grupo con conexión defectuosa. Como indica la Figura 9.22, los grupos están conectados tres consecutivos con una polaridad y tres con otra,indicando la conexión incorrecta de los grupos.
N N N S S S
CDCDCDCDCDCD
~,:flH=FkF P~U, V, W,
Fig. 9.22. Polaridad de grupos de bobinas incorrecta.
El procedimiento más rápido para confirmar que las conexiones internas del bobinado están bien realizadas consiste en desmontar el rotor, introducir en el estator una bola deacero y conectar el motor a la red, como se representa enla Figura 9.23.
Si las conexiones están bien hechas, la bola rodará por elinterior del estator; si una o varias conexiones están mal, labola permanecerá inmóvil.
• , L Averío! pOr lolto de uno loseEn los motores trifásicos, la falta de una fase supone unasobrecarga en las otras dos fases, aunque el motor siga funcionando en el momentode la interrupción de una fase; estopuede producir un grave problema, e incluso llegar a quemarse el motor.
Para ello, se procederá a la localización de la avería en elmotor, aplicando la detección de la interrupción pertinentesi corresponde al motor, o bien localizando la falta de fasesi ello fuera en la red eléctrica.
Fig. 9.23. Comprobación de lasconexiones delbobinado.
Si la falta de fase corresponde al bobinado del motor, seactuaría, como se expuso anteriormente, desconectando losprincipios y finales de cada fase y localizando la fase interrumpida.
Comprobadoracústico decontinuidad
Fig. 9.24. Localización de falta de fase.
.11. AvHíu! de lo! rolare! en (oriotinuito y bobinado!Los rotores en cortocircuito, llamados «rotores de jaula deardilla», disponen de unas barras llamadas «barras rotórices» que, unidas a dos aros de cobre, forman un cilindroque las pone en cortocircuito.
Cuando estas barras producen ruidos en el funcionamiento, reducen la potencia considerablemente y producen chispas en las barras y aros frontales de la jaula de ardilla.
Las barras rotóticas flojas se pueden detectar mediante unainspecciónvisualo haciendo girar el rotor por la bobina deprueba.
La banda metálica vibrará; de no ser así, la barra no estaría en contacto con losaros. Para solucionarlo, bastaría consoldar las barras a los aros.
En los rotores de aluminio esto no es posible, debido aque la construcción se hace con aros y barras en la misma pieza.
.1 A. Análilil de lal (aralterílljlQ! (onltruetjvaldel ellator y tipo de bobjnado
El estator es la parte fija del motor, como se puede comprobar en la Figura 9.26. Los estatores de corriente alternaestán constituidos por:
• El núcleo magnético del estator.
• El soporte del núcleo magnético del estator (carcasa).
• Las ranuras para la colocación del bobinado estatórico.
• El bobinado del estator.
Fig. 9.26. Estotor de unmotorasíncrono.
• La caja de bornes.
• Los canales de ventilación.
d
e
b
d) Ranuraaisladae) Soporte de núcleo (carcasa)~ Papel aislante de ranura
a) Caja de placa de bornesb) Canales de ventilacióne) Núcleomagnético
a
e
Fig. 9.25. Rotor de jaula de ardilla.
Aros frontales
Barros rotóticasBarras Aojas
IJJ Reposición totaldel bobinado estotórico
Soldadura
El rebobinado de un motor de corriente alterna, de pequeña o mediana potencia, puede estar motivado porque sehaya quemado o porque haya que adaptarlo a otra velocidad o tensión de alimentación.
Antes de desmontar el motor conviene marcar las tapas delestator como primera medida, de manera que cuando semonte coincida cada tapa en su lado para evitar confusiones y montajes defectuosos. En la Figura 9.12, se puede observar la operación de señalización de referencia.
A continuación se desmontan las tapas y el rotor, con lo queel motor queda preparado para la reparación del bobinado estatérico.
Los motores trifásicos, ya sean construidos de modo concéntrico, imbricado, ondulado o de una o dos capas, tienenel mismo tipo de estator.
En los motores monofásicos, el tamaño de las ranuras depende de los bobinados, y en particular de los bobinadosdel tipo separado, cuyas ranuras del bobinado de trabajoson mayores que las del bobinado de arranque.
Algunos fabricantes construyen el estator de forma homogénea respetando el tamaño de las ranuras para ambos bobinados. En la Figura 9.27, se pueden apreciar diferentestipos de estatores para motores de corriente alterna.
• Construcción de las bobinas.
Fig. 9.27. Diferentes tipos de estatores para motores de corriente alterna.
Antes o después del desmontaje, se pueden tomar todos losdatos de la placa de características, donde podemos conseguir, entre otros, las revoluciones del motor, informaciónimportante para determinar el número de polos del mismo.
Fig. 9.28. Medición del diómetro de hilacon tornillo micrométrico.
de bobinas por grupos IU), la amplitud de grupo (m), si esconcéntrico, o el ancho de ranura Iyk), si es excéntrico, ylos grupos totales IGt).
Los datos que se deben tomar durante el desmontaje son: elnúmero de ranuras IK), el diámetro del hilo o de los hilosdel bobinado (ver Unidad 1, medida con micrómetro)-puesto que en los bobinados monofásicos de fase partidasuelen tener dos diámetros diferentes-, y el número de espiras de las bobinas IN).
Soldadura de unión
~I--~Ranuras
Estator
Bobinado
Estator
• , B. imen(ja(jón de las opera(ionespara la reposj¡ión del bobinado
ti rebobinado de un motor de corriente alterno, tonto trifásico como monofásico, consta de varias operaciones. Acontinuación citamos las más importantes:
• Toma de datos.
• Desmontaje del bobinado averiado.
• Limpieza del estator y las ranuras.
• Aislamiento de las ranuras.
• Colocación de las bobinas en las ranuras.
• Conexionado del nuevo bobinado.
• Verificación de las conexiones.
Esconveniente recoger los datos en una ficha de donde podamos recabar la información para otras ocasiones o paramotores iguales. La Tabla 9.3 es un ejemplo de tipo de ficha de datos.
• Secado y barnizado.
.-, e Rmgida de datos en el dOfUmento apropiadoEsta operación es de las más importantes, pues consiste enanotar el mayor número de datos del bobinado inserviblepara facilitar que el rebobinado se pueda efectuar exactamente igual y con la menor dificultad posible.
Antes de desmontar el bobinado averiado, es convenientetomar los datos que nos puedan servir para el rebobinado.Los datos que se pueden tomar a simple vista antes del desmontaje son: el número de fases del motor [q], la conexiónque tiene en la placa de bornes en la recepción, el número
111 D. Oper6¡ionel de desbobinado, limpiezay aislamiento de las ranuras
Cuando es sólo una parte del bobinado la que hay quecambiar y se encuentra en la parte exterior, como ocurre enalgunos bobinados concéntricos o en los bobinados dearranque de los bobinados monofásicos, se emplea unahoja de sierra para cortar el aislante de las ranuras dondese encuentran las bobinas a desmontar, como se puedeapreciar en la Figura 9.29.
Cuando hay que sustituir todo el bobinado, la operaciónanterior es bastante complicada y lenta, ya que el endure-
Fig. 9.30. Método de extracción de bobinas inservibles.
Ranura limpia
~Alicate universalpara extraerlodo activo
lado activo
Cortahilos
Cabezosde bobina
que debemoscortar
tivo de sacar la bobina de la ranura, como se aprecia en
la Figura 9.30.
Otro método para el desmontaje de las cabezas de bobinas, en particular para grandes bobinados, es cortar unlado de la cabeza de bobina con una herramienta automática, como es el escoplo eléctrico o neumático, quefacilita considerablemente el desmontaje de las bobinas degran tamaño (véase Figura 9.31).
Como se indicó en el Apartado 9.2, las herramientas y útiles para el mantenimiento de máquinas eléctricas son muyespecíficos y en muchos casos son fabricadas en el propiotaller de mantenimiento. Para la limpieza de las ranuras, seutilizan unas baquetas con cerdas de acero que se introducen en la ranura para extraer cualquier resto de aislante o hilo esmaltado que se hubiera quedado adherido en elinterior de la ranura. En la Figura 9.32, se puede observarbaquetas y espadines de acero.
Tabla 9.3. Ficha de datos de motores.
Fig. 9.29. Método parael desmontoje parcial de unbobinado.
cimiento del bobinado producido por el barniz hace que elmétodo anterior no sea efectivo.
t !¡Fabricante I Modela
¡- Tipo de bobinado ITensio-·n---- Intensidad
~-'-----I Co~~ión en placa Frecuencia
~ de botones ~
f N.O de ranuras I N.O de espiras I rpm
~~~~m~_tr~d:I-h;I~J!obin~S p~~~~~r~_fbi~~ ~~r~;-~ I
Grupos totoles I:po, PO'~~ 1¡:~::"~ Jcos <p . ~n.'tl_c1ase Gradode dificultad IObservaciones
Para ello, emplearemos otros métodos, que se aplicarán enfunción de la dificultad del bobinado. Cuando el bobinadoestá bastante compacto por el efecta del barn iz, el estator
l' se introduce en una estufa de secado para reblandecer elbarniz y acometer con más facilidad el corte y desmontajedel bobinado defectuoso.
A continuación se cortan las cabezas de bobinas a ras delestator por un lado, para tirar por el otro lado con el obje-
.1 L Ai!lamjento en la! ranura!El aislamiento original se cambiará por otro de iguales características, con el mismo espesor y la misma calidad, conlo que se evitará la variación en el espacio de la ranura.Esteaspecto es muy importante, ya que una reducción deespacio en la ranura impediría que la nueva bobina sepudiera introducir.
Caja de ranura moldeadaintroducida en la ranura
Caja de ranura con solapa
Caja de ranura moldeada
Caja de ranura con dobleces
Fig. 9.34. Diversas cajasde ranuras de estotores.
Fig. 9.33. Medición de la ranura paraconfeccionar la cajaaislonte.
Fig. 9.31. Corte de bobinas mediante escoplo eléctrico.
Fig. 9.32. Espadines de acero y baquetas con cerdas de acero.
El aislante que rodea la ranura se llama caja. Es habitualconfeccionarla con un doble en los finales para que no sedesplace el aislante cuando se está rebobinando o por movimientos producidos por vibraciones.
Para la confección de las cajas de las ranuras, que sustituyen a las deterioradas, o bien se coge una de las deterioradas para coger las medidas, o bien se toma la medida dela ranura para confeccionarla, como se puede ver en la Figura 9.33.
La caja de la ranura puede ser de varios tipos; en la Figura 9.34 se pueden ver algunos de ellos.
Para el moldeo de las cajas aislantes de las ranuras, enmuchos talleres de mantenimiento de máquinas se construyen moldes u hormas de ranuras de casi todas las medidas, para facilitar el moldeo del aislante de la caja dela ranura. En la Figura 9.35, se puede ver un tipo de horma de caja de ranura en el mismo proceso de moldeo.
Las bobinas de los motores se construyen de formas diversas en función del tamaño de las mismas. Independientemente del tamaño que puedan tener, en la actualidad todaslas bobinas de motores polifásicos se construyen mediante
Horma de caja de ranura
En la Figura 9.2, se muestran diversos tipos de moldes para
bobinados; así mismo, en la Figura 9.37 se aprecia una bobinadora manual y, en su eje, un molde de bobinas escalonadas para bobinados concéntricos.
Hormaen la ranura
Ranura
Viste del moldea de la caja de ranura
Fig.9.35. Horma de caja de ranura de es/olor.
Fig. 9.37. Bobinadora manual con molde de bobinas concéntricas.
moldes fabricados exclusivamente para el rebobinado demotores.
Fig. 9.38. Ranuras de es/olor.
En los moldes de bobinadora, las bobinas se puedenconfeccionar una a una o por grupos. En los motores depequeña y mediana potencia, las bobinas se confeccionan por grupos, como se puede ver en la Figura 9.39.
Ranuras abiertas
Ranuras semicerrodas
En los bobinados de motores pequeños y medianos, las espiras se introducen en la ranura en pequeños grupos porque éstas son semicerradas. En cambio, en motores degran potencia, las ranuras del estator son abiertas. En laFigura 9.38, se aprecian ambos tipos de ranuras.
Estetor Ranura
Antes de construir las bobinas, se diseñará el molde de unade ellas sobre el mismoestator para obtener la medida quese ha de transportar al juego de moldes. Si el bobinado esconcéntrico,es conveniente medir la bobina interior del grupo (bobina pequeña). El molde telescópico (Figura 9.2)será el que proporcione las medidas al resto de las bobinasdel grupo. En la Figura 9.36, se puede ver el procedimiento para realizar la medición del molde.
Fig. 9.36. Toma de medida delmolde de bobina.
•
Cuña de cierre
Espiras
Cintaadhesiva
Cuñas de madera
Para evitar que las espiras salgan de las ranuras, por la fuerza centrífuga del giro del rotor o vibraciones, se coloca unacuña de poliéster en la baca de la ranura, para que el ladoactivo de la bobina quede aislado, y una cuña de madera enel cierre de la ranura, para inmovilizar las bobinas. En la Figura 9.42, se pueden apreciar los distintostipos de cuñas decierre y cómo queda cerrada la ranura.
Fig. 9.41. Colocación de grupococncéntrico en ranuras.
Grupo de bobinasexcéntricasGrupo de bobinas
concéntricas
Fig. 9.39. Bobinas construidas porgrupos.
Antes de retirar las bobinas del molde es conveniente ajustar, con anillos de sujeción, las cabezas de las bobinas paraque no se deshilen y se deterioren con la manipulación.
.16. (olO(Q(jón de 101 bobinas en 101 ranurasEn ranuras semicerradas, las bobinas se deberán de introducir espira a espira para evitar que el hilo se raye y pueda producirse derivación o cortocircuito en la bobina. Paraello, se deben abrir un poco los lados activos de las bobinas a la hora de introducirlas. Es muy importante que noquede ninguna espira fuera de la ranura ni tocando el estator, ya que podría provocar un corte en la bobina o unaderivación a masa.
En la Figura 9.40, se puede ver cómo se separan los hilosdel lado activo para introducirlos en la ranura.
Cuñas de fibra o de cartón presspan
Fig.9.40. Colocación de un ladoactivo de bobinaen la ranura.
Fig. 9.42. Diversas tipos de cuñas de cierre. ~
En la Figura 9.43, se puede comprobar cómo quedan montados los grupos de bobinas concéntricas en el estator.
Para montar los bobinados de dos capas, se comenzará introduciendo en la ranura el primer grupo de la primera fase;a continuación, se introducirá el primer grupo de la segunda fase y, tras éste, el primer grupo de la tercera fase. Una
vez terminadols los primderos grupos dehcada fased,
conli- ,1nuaremos con os segun os grupos, yasí asta intro ucir to-dos los grupos.
Manteniendo el orden establecido al introducir los grupos,se cerrará el bobinado de forma que coincidan dos bobi-
•
Fig. 9.43. Distribución de un bobinadoconcéntrico en el estotor.
nas en cada ranura. Como podemos comprobar en la Figura 9.44, los grupos de tres bobinas se van colocando sucesivamente por el orden descrito.
Fig.9.44. Distribución de un bobinadoimbricado de dos copos.
En los bobinados de dos capas, en cada ranura entrarándos lados activos independientes y generalmente de distinta fase, por lo que entre bobinas dentro de la misma ranura se colocará un separador aislante, como se indica en laFigura 9.45.
.1 H. (onexionel entre bobinallos empalmes que se efectúan para conectar las bobinasentre sí y los grupos de bobinas se realizan retorciendo los
Primera capa
Separador aislante
Segunda capa
Fig.9.45. Ranura con dos fadas activos.
extremos y aplicándoles calor hasta que se queden soldados; el barniz aislante se desintegrará con el calor, y launión se realizará correctamente.
Antes de la conexión, se le introduce por el hilo un manguito aislante que la recubre por completo. En la Figura 9.46, sepuede apreciar el empalme aislado por el manguito.
Empalme
Fig. 9.46. Empalmes entrebobinasy grupos de bobinas.
Este mismo sistema de conexión se puede realizar mediante soldador de estaño.
Una vez conectadas las bobinas y los grupos de bobinas,se conectarán los terminales de cada bobinado a la placade bornes mediante terminales de presión o soldadura.
.11. Amoldado, amarrado ybarniladoCuando todos los grupos de bobinas están montados y conectados, se amolda el bobinado hasta lograr dejar completamente libre la circunferencia por donde deberá entrarel rotor, además de dejar espacio suficiente para colocarlas tapas sin que toquen el bobinado.
Soldador
Fig. 9.47. Conexión entre bobinas y entre grupos mediante un soldador.
Una vez moldeado el bobinado, se le coloca un aislante de
papel presspano de fibra de vidrio entre grupos, para con
seguir que el contacto entre ellos sea mínimo. Para ello pre
paramos un aislante por grupo, con el fin de colocarlos sinque sobresalgan mucho de las cabezas, como se puede
apreciar en la Figura 9.48.
Fig. 9.48. Motor conaislamiento entre grupos de bobinas (cortesía de Electro-Utrera).
Una vez aislado y moldeado, se procede al amarradodel bobinado, con el objetivo de sujetarlo para superar vi
braciones, al mismo tiempo que sirve para que el barniza
do compacte aún más el bobinado. En la Figura 9.49, se
puede observar el amarrado del bobinado a lo largo de la
circunferencia del motor.
Fig. 9.49. Amarrado del bobinado(cortesía de Electro-Utrera).
Realizadas las operaciones anteriores, es c'onveniente verifi
car eléctricamente la continuidad de las fases, los posiblescontactosa masa y loscortocircuitos en bobinas (Figura 9.50).
El barnizado es la última operación antes de montar y
comprobar el motor; para ello, se prepara un recipientedonde pueda gotear el barniz que se le aplique pulveriza
do con pistola, a brocha o por inmersión. Pero antes es conveniente extraer del motor y del bobinado la humedad quepudiera tener, aplicándole calor con estufas o mediante un
horno especial para bobinados. ~
El barniz debe ser suficientemente fluido para que pueda
penetrar en todos los huecos del bobinado, y suficiente-mente espeso para conseguir una capa consistente después
del secado.
I
Fig. 9.50. VeriFicación de cantinuidad y aislamiento de lasbobinas.
Fig. 9.51. Barnizado delbobinado mediante brocha.
Terminado el proceso de barnizado y secado, el motor estará dispuesto para su montaje, como se puede ver en la Figura 9.49. Las pruebas, ensayos y conexiones del motor seestudiarán en la siguiente unidad.
(@mbio de tensión de n motude (Orriente alterna
En ocasiones necesitaremos cambiar algunas características del motor, como puede ser el número de espiras (N), latensión de funcionamiento y la velocidad, e incluso preparar el motor para que funcione a una frecuencia industrial'
distinta a la europea (50 Hz)sin modificar la tensión de fun
cionamiento .
• 1 A. (ambio de tmjón en un motor trjjáli(o de (AAtendiendo a la igualdad:
Denominamos U2a la tensión que queremos cambiar; U¡,a la tensión antigua; N¡, al número de espiras antiguo, y N2,
al número de espiras nuevo.
Para realizar un cambio de tensión en un bobinado, es lógico que en el nuevo bobinado cambie el número de espiras, según la igualdad expresada anteriormente.
Escogiendo de la igualdad los términos que aplicaremospara el cambio de tensión:
Conocida la tensión U¡ y el número de espiras N¡ del bobinado antiguo, y determinada la nueva tensión, el únicodato que nos queda por conocer es el número de espiras delnuevo bobinado N2•
Aplicando la igualdad, despejamos N2 ; resultará:
El comportamiento eléctrico del motor de inducción al pasar de un estado 1 a otro estado 2 se puede aproximar alcomportamiento de un transformador con su primario (estado 1) y su secundario (estado 2).
Se verifica que:
Por tanto:
U¡ 12 Sev2-=-=--U2 I¡ Sev¡
f. 60n=--
p
Portanto:
El cambio de frecuencia en un motor altera suscaracterísticasde funcionamiento y puede llegar a variarlavelocidad de giro.
Siendo:
Si se quiere conectar el mismo motor a una frecuencia distinta, en la misma tensión, con el mismo flujo y no queremos que cambie la velocidad, el número de espiras se deberá modificar, y resultará de la fórmula anterior:
f·N=f2·N2
Donde:
P= númerode polos
n = velocidad en rpm
f =frecuencia
Modificando la frecuencia, se modificará en proporción directa la velocidad de giro.
Si de la fórmula E= 4,44 . <l> . f· N queremos determinarelnúmero de espiras (N2) para una frecuencia distinta (f2) será:
E= 4,44 . <l> . f2 • N252·400 945
220 = ,esp
Despejando N2, obtenemos:
re d2Seul = -4- = 0,785· (di) 2= 0,785.0,72 =
= 0,384 mm?
Tenemos un motor trifásico que trabajaba a 127/220 V;queremos ponerlo en marchapara que trabaje a la tensión de 230/400 V. El diámetro di del hiloantiguo esde 0,7 mm. Al desmontar el bobinado, se han contado 52 espiras por bobina.
Para rebobinarelmotor para la nueva tensión, se tendráque determinar, en primer lugar, el número de espiras.
Siendo:
Parael cálculo deldiámetro, deberemosdeterminarantes la sección que le corresponde al mismo diámetro,por lo que será:
Conocida la sección de bobinadoantiguo, la sección delbobinado nuevo se determinará aplicando la igualdad:
UI Seu2-=--U2 s,
Despejando Seu2:
s - UI • Seul = 220·0,384 =O21 rnrn?cu2 - U
2400 r
Luego, el nuevo diámetro será:
d2 = rs::;- = fOil = 0,51 mm'./ 0;185 './ Üj85•
Tenemos un motorque trabaja a una frecuencia (f) de60 Hz; lo queremos conectar a una frec;:uencia (f2) de50 Hz a la misma tensión. La velocidaddel motor deberá ser la misma, y cada bobina del motortendrá 500espiras (N). Se deberá determinar el número de espiras (N2) del bobinado con la nueva frecuencia.
Siendo:
., B. (a mbjo de frecuencia atensión conltanteComo se indicó antes, no todos los países comparten la misma frecuencia industrial. En paísesamericanos, la frecuenciaes de 60 Hz, algo mayor que la frecuencia europea (50 Hz).
~ . ILJCSpelandc:
N·f 500·60N2 = -[- = =600 espiras
r2 50,il:.~";¡~c""~~;",,,,,..,..~ -""~__.__~ ...._.u ~_. __ .. _.
!'-~-----------'--~-.>_._-->-.--.--. --_..._-~_._j
Equipos y herramientas portátiles.
Motores eléctricos.
Máquinas de elevación y transporte.
Locales con riesgos eléctricos especiales.
----·-----·----·--·---"--~---i
Baterías de acumuladores.
Electricidad estática.
Inaccesibilidad a las instalaciones eléctricas. ¡
Protección contra contactos en lasinstalaciones y equipas eléctricos.
Conductores eléctricos.
Soldadura eléctrica.
,"..-_.--~--_._---~_.~--------.--- - - --~-_.._.._----_.-.--_._-------
_._---~._----.,~._-..~----~~----_ ..-----------~--<----j;
Interruptores cortacircuitos de baja tensión. 1_.._o __ ~_~_~_._~__~ ~'_.__~ ~__~·--:
Tabla 9.4. Normativa sobre seguridad e higiene en e/ sector eléctrica relacionada con el mantenimiento demáquinas eléctricas.
Además de esto, tenemos las normas de seguridad y protección incluidasen el R.E.B.l, y también los temas tratadosen el módulo de este ciclo (Seguridad en las InstalacionesEléctricas), estudiadas en el primer curso.
Las normas que se han de seguir en el mantenimiento demáquinas eléctricas deberán ser siempre el buen uso de lasherramientasy la ausencia de tensiónen las máquinas quese van a reparar.
No se debe realizar el desmontajede una máquina con herramientas deterioradas o inadecuadas. En cada procesode reparación de averías deben utilizarse las herramientasy útiles adecuados.
El puesto de trabajo deberá tener toma de corriente cercapara evitar largos y enredados cables por el sueloque puedan producir accidentes.
Las herramientasy útiles deben estar situados en el sitio correspondiente para efectuar con rapidez cualquier tipo dereparación.
Una buena organización facilita las operaciones de mantenimiento.
En el Capítulo VI de la Ordenanza General de Seguridade Higiene en el Trabajo, se enumeran los aspectos relacionados con el sector eléctrico. Destacan los de la Tabla 9.4.
111 Norma1 de Houridod enoperacione1 de mantenimiento
,w }
1.° Análisis visual de la máquina.
2.° Identificación del motor en la recepción.
2.° Consulta, en empresas de mantenimiento de má
quinas eléctricas, la frecuencia de las diferentes
operaciones de mantenimiento del taladro.
3.° Ordena y clasifica en función a las frecuencias
de mantenimiento.
- Herramientas de mano eléctricas.
1.° Analiza las averías posibles de un taladro sen
sitivo de columna.
- Identificar el proceso de reparación.
• Medios didácticos:
- Equipo de aparatos de medidas y comprobación.
- Máquina averiada o avería provocada en una
máquina.
• Procedimiento:
- Herramientas de mano mecánicas.
a} ¿Qué diferencias encuentras entre un programade mantenimiento preventivo y un historial de •
averías?
b} ¿Con qué líneas de actuación se deberá intervenir en el mantenimiento de una máquina eléc
trica?
• Objetivos:
- Describir las causas producidas por la avería.
- Identificar la avería.
• Contesta:
• Procedimiento:
e} ¿Cuáles son las actuaciones que deberán reali
zarse con la máquina parada?
d} ¿Cuáles son las actuaciones que se pueden rea
lizar con la máquina en funcionamiento?
e} Confecciona un programa de mantenimiento
preventivo cíclico con periodo de un año.
12. Analill:a al proceso de localización de averías en un motor averiado.
5. Enumera al menos siete de los datos que figuran en
una placa de bornes de un motor trifásico.
6. Explica cómo se determina el nuevo hilo que se va a
emplear y el número de espiras del nuevo bobinado.
7. Explica cómo se localiza una derivación a masa en un
bobinado trifásico.
8. Explica cómo se localiza una bobina en cortocircuito
en un bobinado trifásico.
Actividades de enseñanze-cprendizc]e
11. Planificar sobre un taladro sensitivo de columna las secuencias de las operacionesque requiere el mantenimiento preventivo.
• Objetivos:
- Exponer las secuencias del mantenimiento pre
ventivo de un taladro sensitivo de columna.
Exponer la frecuencia de actuación sobre cadaoperación de mantenimiento del taladro sensitivo.
• Medios didácticos:
9. Explica cómo se localiza una interrupción en una fase
del bobinado.
3. Describe cómo se aíslan las ranuras estatóricas de un
motor trifásico. ¿Qué objeto tienen los dobleces de la
caja aislante de la ranura?
4. ¿Cuáles son los dos tipos principales de los bobinadostrifásicos?
Programas de mantenimiento preventivo de em
presas de talleres de bobinados y automatizados
eléctricos.
- Partes de trabajo de operarios en empresa de
mantenimiento.
10. ¿Qué modificaciones hay que efectuar al rebobinar unmotor trifásicopara una nueva tensiónde alimentación?
Autoevaluación
1. Describe la constitución de un motor trifásico y enu
mera y dibuja esquemáticamente las partes que lo
componen.
2. Indica las operaciones que comprende el rebobinado
de un motor trifásico.
3.° Preparación de útiles, herramientas y aparatosde medida y comprobación.
4.° Pruebas de recepción.
5.° Reparación y prueba.
• Contesta:
a) Anota las causas de la avería.
b) localiza mediante pruebas la avería.
c) Actúa en consecuencia con el proceso de reparación.
d) Enumera los útiles, herramientas y aparatos necesarios para su correcta reparación.
13. Analiza el proceso de secuenciación, encaso de reposición total del bobinado delestator de los siguientes tipos de motores:motor monofásico con bobinado auxiliar,motor trifásico con bobinado de una capay motor trifásico con bobinado de dos capas.
• Objetivos:
- Identificar el proceso de recogida de datos delestator.
- Planificar los procesos de desbobinados y bobinados de un motor monofásico con bobinado auxiliar, de un motor trifásico de una capa y de unmotor trifásico de dos capas.
• Medios didácticos:
- Equipo de aparatos de medidas y comproboción.
- Herramientas de mano mecánicas.
- Herramientas de mano eléctricas.
- Estator de un motor monofásico con bobinadoauxiliar.
- Estator de un motor trifásico de una capa.
- Estatorde un motor trifásico de dos capas.
• Procedimiento:
1.0 Análisis visual de los estatores.
2.° Identificación del bobinado.
3.° Preparación de útiles, herramientas y aparatosde medida y comprobación.
4.° Pruebas de recepción.
5.° Enumeración de las operaciones a realizar.
• Contesta:
a) Anota las causas de lo avería de cada motor.
b) Selecciona el método para el desbobinado.
c) Relaciona las operaciones para el aislamiento delas ranuras.
d) Describe los métodos para la construccióny posterior montaje de las bobinas.
e) Describe las operaciones de aislamiento de terminales y los métodos de conexión de las bobi
nas y grupos.
f) Decide la forma de sujeción de las cabezas debobinas y el tipo de aislamiento entre fases.
g) Enumera los útiles, herramientas y aparatos necesarios para la preparación de la bobinadoramanual.
14. Identifica las características del bobinadode un motor trifásico quemado por sobrecarga y confecciona su esquema.
• Objetivos:
- Conocer el procedimiento a seguir para la recopilación de datos.
- Interpretar cada uno de los elementos que integran el bobinado para la anotación de los valores de de cada elemento.
- Determinar el cálculo y esquema del bobinado aidentificar partiendo de los datos obtenidos.
• Medios didácticos:
- Polímetro.
Ficha para toma de datos.
Calibre.
- Tornillo micrométrico.
- Extractor de poleas.
- Equipo de herramientas para el desmontaje.
• Procedimiento:
1.0 El olor a quemado, es el primer indicio para ladetección de un bobinado quemado.
2.0 Comprobación de la resistencia, continuidady derivación a masa de cada uno de los bobinados.
3.0 Anotar la conexión que tiene en la placa debornes.
4. 0 Desmontaje de las tapas y del rotor.
5. 0 Desatar el bobinado y retirar los aislantes.
6. 0 Anotar el número de ranuras del estator, el número de grupos de bobinas totales, el númerode bobinas por ranuras, el número de bobinas por grupo, la amplitud de grupo o el anchode bobina, el número de hilos en paralelo si loshubiera.
7. 0 Una vez desmontado el bobinado del estator,medir el diámetro del hiloy contar el número deespiras que tiene cada una de las bobinas de ungrupo.
8.0 Con los datos obtenidos y anotados debidamente en la ficha de datos, confeccionar el esquema del bobinado a reponer.
• Contesta:
a) ¿Todaslas bobinas del mismogrupo siempre tie
nen las mismas espiras? ¿Por qué?
b) ¿Todos los grupos de bobinas tienen las mismasbobinas? ¿Por qué?
e) ¿Todas las fases tienen los mi-smos grupos de bobinas y las mismas espiras totales? ¿Por qué?
15. Localiza la derivación a masa del bobinado de un motor trifásico.
• Objetivos:
- Detectar mediante aparatos adecuados, la derivación a masa del bobinado de un motor.
- Eliminarel contacto a masa.
• Medios didácticos:
- Polímetro.
- Óhmetro.
- Comprobador de continuidad acústico.
- Extractor de poleas.
- Equipo de herramientas para el desmontaje.
• Procedimiento:
1.0 Desconexión de los puentes de la placa debornes.
2. 0 Conectar el comprobador de continuidad o elóhmetro en cada una de los principios de las fases y masa.
3.0 Conectar el comprobador de continuidad o elóhmetro entre los principios de las fases paracomprobar si las fases estuvieran unidas entre
sí.
4. 0 Identificar la fase derivada.
5. 0 localizar la derivación en el grupo y la bobinacorrespondiente de la fase identificada.
6.0 localizar el punto de derivación a masa y corregirlo hasta que la derivación desaparezca.
7.0 Realizar la medición correspondiente para comprobar la desaparición de la derivación a masa.
• Contesta:
a) ¿Qué efecto puede producir uno derivación amasa?
b) ¿Qué puede ocurrir cuando dos fases están derivadas a masa al mismo tiempo?
e) ¿Qué aparato te ha sido más eficaz para la detección de la derivación a masa?
d) ¿Cómo has actuado para corregir la derivacióna masa?
Jnsoyo:íixilioQU ¡na ~
df ux¡ri en te dItero a'/ ....•);,.~
Prubas de fun(iona minto."iHoriol de un motor de CA
L, L, L3
VL
vF
L, L, L3
Fig. 10.2. Conexión trióngulo en un motortriFásico.
car que el sistema está equilibrado. Si esta com
probación no se ha realizado previamente, las demás me
didas pueden resultar erróneas.
los tres voltímetros V], V2 y V3 deben de dar un mismo va
lor de tensión.
V, v,
I
¡IW,O i
~ )Placa de bornes conexión trióngulo
V, v, IL
V, v,w,~w,
"~L---
Esquema conexión triángulo
Una vez terminadas las operaciones de bobinado, y cuandolas circunstancias lo permitan, se deben realizar, al motor re
parado, todas las pruebas y mediciones posibles. En nuestro
caso, las mediciones que se realicen reforzarán las concep
tos de las medidas eléctricas estudiados en Electrotecnia.
:.111 A. (ollexióll18 plm de bormla placa de bornes se conectará dependiendo de la tensión de la red y de la tensión de los bobinados de fase. El mo
tor se puede conectar en estrella o en triángulo. Porejern
plo, la conexión en estrella se realizará en una línea trifásica
3-400 V, si las tensiones del motor son de 230/400 V.
En la Figura 10.1, se observa cómo la intensidad en línea
(IL) es la misma que la intensidad en fase (If).
L, L, L3
Fig. 10.1. Conexión estrella en un motor trifásico.
.1 B. Medido de tmión en un ¡i!temo trilá¡icoEs conveniente realizar la medida de tensión en un sistematrifásico antes de cualquier medida posterior para verifi·
Fig. 10.3. Medición de la tensión de un sistema trifásico.
'Z:II L I~edida de i¡ilmiu:¡Jd el] all :n1iij( i1j;~J:~i
de corriente alternoPara medir la intensidad de un motor trifásico en estado defuncionamiento, se utiliza la pinza amperimétrica oelectropinza. la pinza amperimétrica permite realizar la
v,
L3
w,
v,
L,
v,
L,
w,(O Q) O
v,
Placa de bornes conexión estrella
IL
V, VL
V, W,
Esquema conexión estrella
la conexión en triángulo se realizará, por ejemplo, en unalínea trifásica de 3-230 V. la red trifásica de 230 V está endesuso, por lo que los motores conectados a una red trifá
sica de 400 V se conectan en estrella. En la Figura 10.2, seobserva cómo la tensión en línea (UL) es la misma que la
tensión en fase (Uf).
medida de intensidad sin interrupción del circuito para laconexión del amperímetro.
En la Figura 10.4, se observa la medición de intensidad deuna fase. Si el sistema está equilibrado, las tres fases deberón medir igual.
Fig. 10.4. Medición de intensidad de una fase.
Un motor trifásico de inducción constituye un sistemade potencia trifásico equilibrado y, por tanto, la suma desus tres intensidades de línea da, en todo instante, un valorde cero amperios.
En la Figura 10.5, se puede observar la medición de dos fases de un motor en un sistema trifásico, con indicación delsentido de las fases.
En la medida de intensidad de las tres fases del motor enun sistema trifásico, la suma de las intensidades debe sercero, si el sistema está equilibrado, ya que la suma de lasintensidades que entran es igual a la suma de las intensidades que salen:
/u+ /v+ /w= O
En la Figura 10.6, se indica la medición de las tres fases ylos sentidos de las intensidades.
I .1 D. Medida de potencia altiva (P) de un motoren un li!lema trilólilO
La medida de potencia se puede realizar en un sistema equilibrado o en un sistema desequilibrado.
Fig. 10.5. Medición de intensidad de das fases de un motor en un sistematrifásica.
Fig. 10.6. Medición de intensidad en las tres fases de un motor en un sistema trifásica equilibrada.
En ambos sistemas, se pueden dar las circunstancias conneutro o sin neutro.
En un sistema trifásico equilibrado, con neutro y sinneutro, las potencias activas (p.) de las fases son iguales;por lo tanto, con la medición de una fase tendremos la potencia del circuito:
Tanto paro la conexión estrella como para la conexión triángulo, la potencia de una fase será:
Por lo tanto, la potencia total será:
el vatímetro en las conexiones dentro del bobinado de fase.
Por este inconveniente, no se utiliza este montaje.
En el montaje de la Figura 10.7, la creación de un neutro artificial permite la mediciónde la potencia en el bobinado don
de se ha conectado el vatímetro; como se trata de un circui
to equilibrado, podemos determinar la potencia del motor.
las resistencias R2 y R3 que constituyen el neutro artificial
deberán ser del mismo valor que la resistencia interna delvatímetro.
w,
V, w,u, '----,-,_,.,.,-J
Fig. 10.7. Medida de potencia activo en un sistemo equilibrado.
Por tanto:
ULP=3· v'3 . IL . cos <p =v'3 . UL . IL . cos <p
P = 3 . uf· If· cos <p
Para la potencia activa en triángulo, se determinará si:
Si recordamos que paro la conexión estrella la tensión enfase (Uf) es:
y la Pen un sistema trifásico es:
I P= 3 . uf· Ir cos <p = 3 . UL . If· cos <p
Si para conexión triángulo es:
la potencia activa en triángulo será:
I P=3 . UL· ~ . cos <p =v'3 . UL . IL . cos <p I¡ ,
En un sistema desequilibrado, tanto en conexión estrella como en conexión triángulo, se puede obtener la potencia activa conectando tres vatímetros monofásicos o un
vatímetro trifásico. En la Figura 10.8, se puede ver la medida de potencia en un sistema desequilibrado mediante
tres vatímetros monofásicos (W1, W2, W3).
En un sistema trifásico con neutro, los tres vatímetros
conectarán los finales de la bobina voltimétrica en el hiloneutro. En la Figura 10.9, se puede observar la conexión
en un sistema desequilibrado con neutro.]
., I
En la Figura 10.7, se puede ver la medición de potencia,con un vatímetro, en un sistema trifásico equilibrado a treshilos. Como se observa, en este montaje obliga a tener ac
cesibles los seis bornes de conexión del motor para instalar
Método Arón
Mediante el sistema de los dos vatímetros, o conexión Arón,se mide la potencia de un sistema trifásico a tres hilos, tanto equilibrado como desequilibrado.
Detalle de conexiónde dos vatimetros
Q = U¡· /1 . sen <PI + U2 • /2 . sen <Jl2 + U3 • /3 . sen <P3
la potencia resultante puede ser positiva o negativa, dependiendo de si la carga es inductiva o capacitiva. En elcaso de la potencia inductiva, siempre es positiva.
El vármetro (vatímetro reactivo) se utiliza poco debido asu complicada construcción, ya que su circuito de tensiónestá alimentado por una tensión con un defase de 90 o respecto a la de la línea, mediante un montaje especial del pro·pio aparato.
la medida de la potencia reactiva se puede hacer por dosmétodos diferentes utilizando vatímetros de potencia activa:
.11. Medida de la potencia reaUiva (Q) de un motoren un ¡i\lema trijó¡ico
Para determinar la potencia reactiva, recurriremos a la
fórmula:
Vatímetros
Esel método que se utiliza normalmente para un sistema detres hilos. en nuestro caso en particular, es decir, para motores trifásicos a plena carga [cos <P > 0,5), es el método
ideal.
Fig. 10.10. Medicián de la potencia activa por el métodoArón.
W3W,
W, W3
Detalle de conexiónde vatímetros
Detalle de conexiónde vatímetros
w,
W,
N
Fig. 10.8. Medición ele la potencia activa en un sistema trifásico desequilibrado a tres hilas.
Fig. 10.9. Medición de la potencia activa en un sistema trifásico desequilibrado con neutro.
la conexión Arón, o de los dos vatímetros, se efectúa comose indica en la Figura 10.10.
Siempre que el factor de potencia (cos <p) de la carga seamayor de 0,5, la potencia trifásica es igual a la suma de lalectura de los dos vatímetros.
• Método Arón
Donde:
Siendo:
• W1 > W2 en receptor inductivo.
• W1 < W2 en receptor capacitivo.
La Figura 10.10 corresponde al montaje para medicionesde potencias reactivas por el método Arón.
• Método Righi
En el caso de una resistencia óhmica, el valor de la resistencia es igual al valor de la impedancia (R =ZJ.
La resistencia óhmica en un bobinado se puede medir mediante el procedimiento de puente de resistencias, omediante un ohmiómetro, que determinará el valor de laresistencia de manera directa.
También se puede determinar la resistencia óhmica de uncircuito, conectado a una red de corriente continua, mediante voltímetro y un amperímetro.
Conocida la tensión y la intensidad, podemos determinarla resistencia mediante la expresión:
Utiliza tres vatímetros de potencia activa, conectados comose indica en la Figura 10.11. El valor de la potencia reactiva triFásica viene dado por la expresión:
Si la red es de corriente alterna, se puede determinar el Factor de potencia calculando la potencia aparente (5J mediante el producto entre los valores de las mediciones delvoltímetro y el amperímetro, así como la potencia activa (P Jmediante la lectura del vatímetro.
Por ser una resistencia óhmica, el valor del Factor de potencia deberá ser la unidad.
En la Figura 10.12, se puede ver la medición de la intensidad, tensión y potencia activa en un circuito triFásico equilibrado de resistencias óhmicas.
L3L,
Fig. 10.11. Medición de la patencia reactiva par el métoclo Righi.
• 1 f. Medida de millenlial óhmilal (R) e indUltival
La resistencia óhmica (RJ, también llamada resistenciaeFectiva, origina una corriente inductiva mínima al ser recorrida por la corriente alterna, que en la mayoría de loscasos no se tiene en cuenta.
R, R3
Fig. 10.12. Medidapara el cólculo de resistencias óhmicas en un circuitotrifásico equilibrado.
.... ,)
La resistencia inductiva (XL) es la resistencia que se
crea cuando un hilo conductor se arrolla sobre un núcleo
magnético constituyendo una bobina.
Una bobina, además de originar una resistencia inductiva
cuando se conecta en una fuente de alimentación alterna,
tiene además una resistencia óhmica.
Para determinar la inductancia del circuito trifásico equi
librado de la Figura 10.13, seemplea un voltímetro, un am
perímetro y un vatímetro.
La impedancia de una fase seobtiene mediante la Leyde
ohm:
Donde:
R= resistencia óhmica
XL = resistencia inductiva
La potencia aparente (5) será la que resulte del pro
ducto de los valores obtenidos en el amperímetro y el vol
tímetro:
P= potencia indicada en el vatímetro
Po= potencia originada por la inductancia
El factor de potencia será:
Por lo tanto:
~~
• Para obtener la resistencia inductiva, se debe recurrir a la
impedancia y al factor de potencia:
XL=Z·sen<p
Fig. 10.13. Medida de resistencia inductiva.
.1 G. Velocidad de giro de un motor alinmnoEn los alternadores y motores de corriente alterna, el nú
mero de polos es el que determina la velocidad de la má
quina cuando la frecuencia es constante.
Como se estudió en la unidad anterior, la frecuencia indus
trial en Europa es de 50 Hz, lo que indica que el número
de polos de la máquina será el referente de la velocidad de
la máquina de corriente alterna. La expresión de la frecuencia es:
Donde:
f = frecuencia en Hz
n, = velocidad de sincronismo o del campo giratorio en
rpm
P= número de pares de polos
Despejando la velocidad de giro:
1,.1 60 Is P
La velocidad del rotor siempre será menor que la veloci
dad del campo giratorio del estator, ya que si aicanza- .
ron la misma, no se producirían cortes de líneas de fuer-
za y, por lo tanto, no existiría movimiento relativo entreambos.
la velocidad de rotor suele oscilarentre el1 %y el 7% menor que la velocidad de sincronismo.
El deslizamiento es la diferencia entre la velocidad delcampo giratorio y la velocidad del rotor, expresado en porcentaje (%).
I ~=~'OO i
El valor absoluto del deslizamiento vale:
Donde:
s = deslizamiento en valorabsoluto
S<¡; = deslizamiento en tantopor ciento
n,= velocidad del campagiratorio (velocidad de sincronismo)
n = velocidad del rotor
El deslizamiento disminuye al aumentar la potenciadel motor; por el contrario, al aumentar la patencia aumentan elfactor de potencia y el rendimiento.
En la Figura 10.14, se puedeobservar cómose midela velocidad de giro de un motor mediante un tacómetro decontacto (fatolacómelro).
KM,
Tacómetrode contacto
Fig. 10.14. Métoclo paramedirla velocidad de gira.
.1 H. Medida della(lor de potmia ((01 <p)
la medida del factor de potencia (cos <pI, como seha estudiado anteriormente, se puede calculara partir delcociente entre la potencia activay la potencia aparente.
En los circuitos trifásicos, la medida directa es la más utilizada, y se obtiene mediante un fasímetro trifásico,como el de la Figura 10.15.
L,--~h
L, --------eo------
Fig. 10.15. Fasimetro trifásico parasistemas equilibrados.
El cos ljltambién se puede medir directamente y sin interrumpir el circuito con la tenaza fasímétrica, preparada con un conmutador de polaridad para desviaciones negativas de la aguia.
• 11. Medida de aislamientola medida de aislamiento se realiza para comprobarsidospartes independientes de la máquina están o no comunicadas eléctricamente.
El aislamiento es uno de los factores más importantespara que la máquinapueda estar en perfecto estado de funcionamiento.
Para ello, se recurre a la medida de resistencia de aisla- .y" Jmiento y al ensayo dieléctrico o rigidez dieléctrica.
Generalmente, estas mediciones se realizanentrecada unode los circuitos eléctricos y masa, y entre cada uno de loscircuitos eléctricos, que deben estar aislados entre sí.
Donde:
Electrodos /de alta tensión \
____-------,_--1
Uen, = 1000 + 2 . Un
Fig. 10 17. Medidor de rigidez dieléctrica (chispómetro).
• , H. Identjfica¡ión de 10m de un s¡!terna trifósicoPara ciertas aplicaciones, es necesario conocer la secuencia de fase de las líneas de alimentación trifásicas, como,por ejemplo, en el caso de accionamiento de motores asíncronos trifásicos, cuyo sentido de rotación depende del sentido de giro de esta secuencia de fase.
El comprobador o identificador de fase es un instrumento que se conecta en las fases donde se conectará elmotor trifásico, para averiguar el sentido de giro que llevará el motor cuando se conecte.
El comprobador dispone de tres pinzas de cocodrilo de diferentes colores; respetando la relación de colores de laspinzas del comprobador y las fases L¡, L2 Y L3, se puede averiguar el orden de sucesión de las fases y, por lo tanto, elsentido de giro del motor.
El comprobador posee en la parte delantera tres leeI (unopor cada fase) que se encenderán cuando exista una correcta conexión, y un disco que deberá girar en sentido delas agujas del reloj.
Cuando el disco gire en sentido contrario a las agujas delrelo], se deberán cambiar dos fases, lo que indicará que laconexión es correcta y que L¡, L2 Y L3 están identificadaspara lo correcto conexión del motor.
Medida de aislamientoentre fase y masa
Medida de aislamientoentre fases
Fig. 10.16. Medida de aislamiento de un motortrifásico.
La medida de aislamiento se realiza con un medidor deaislamiento (megger).
La resistencia de aislamiento, dada por el CEI (Comité Electrotécnico Internacional) recomienda que el valor mínimode aislamiento sea de 1 000 n por voltio; por consiguiente, según la expresión será:
/\,;. =resistencia de aislamiento con unvalor mínimo de 250 kn
U=tensión mayor de los bobinados en voltios
/?";,I > 1 000 . U
gil. Medida de rigider dieléctricaEl ensayo de rigidez dieléctrica se puede definir comola prueba que se le realiza al aislante hasta el instante deperforación, aplicándole una determinada tensión.
El aparato que se utiliza para este tipo de ensayo es el medidor de rigidez dieléctrica (chispómetro). Este aparato dispone de una alta tensión en sus puntas.
Se debe someter a tensión a cada uno de los bobinados ymasa, y a los propios bobinados aislados entre sí. El ensayo debe comenzar aplicando una baja tensión, que se ha
• de aumentar progresivamente hasta llegar a la tensión eRcaz de ensayo.
La tensión eficaz de ensayo (Uem ) será de 1000 voltios másdos veces la tensión nominal del bobinado; como mínimoserá de 1500 V.
+---t-- Filtro
+--+--Rectificador trifásico
-¡---¡-- Base de tiristores
Controlde velocidad -+--1-'+
Fig. 10.19. Variadorde Frecuencia.
[,
t~F=50Hz
/1:1~ ~~KM, Equipovariador de frecuencia
Fig. 10.18. IdentiFicación de lases en un sistema trifásica.
.11. (ontrol de lo velolidod en 101 motore! de (Acon rotor en cortocircuito
La regulación de velocidad de un motor trifásico con rotor
en cortocircuito siempre ha sido complicoda de reolizar. La
regulación se conseguía con variadores mecánicos accionados por motores trifásicos de corriente alterna y utili
zando motores de CC después de rectificar las corrientes
alternas o generando corriente continua mediante un grupo Ward Leonard, o cualquier otro sistema.
El variador de frecuencia ha reducido el coste y está en condiciones de ser aplicado en la generalidad de los motores
con necesidad de regulación de velocidad, ya que el rendimiento que se obtiene es bastante considerable.
Como se ha estudiado anteriormente, la velocidad de unmotor está directamente relacionada con la frecuencia comofactor variable, sin necesidad de alterar el bobinado ni latensión de servicio.
Adaptación de un mUor trjfásiude CA a una red monofásica
Un motor trifásico puede funcionar como un motor monofá
sico si en su conexión se instala un condensador. Laadapta
ción del motor trifásico a una red monofásica se consiguemediante la conexión Steinmetz.
Esta conexión permite que un motor trifásico funcione, co
nectado en estrella o en triángulo, mediante un condensa
dor permanente, que no se debe confundir con el de arranque de un motor monofásico. La potencia que el motor
puede alcanzar con esta adaptación es de dos tercios de lapotencia total del motor conectado en un sistema trifásico.
En muchos casos, este resultado permite utilizar permanentemente un motor trifásico en una red monofásica.
;,.
Para determinar el valor de la capacidad del condensador que se debe conectar, se recurre a la fórmula:
I '" f;" IEn el caso más probable de utilización de frecuenciasindustriales, tenemos la frecuencia de 50 Hz, utilizadaen Europa, y la frecuencio de 60 Hz, que se utiliza enAmérica.
En los motores, este cambio de frecuencia produce alte
raciones en el par motor, en la velocidad, en la potencia,etc.
Donde:
e = capacidad del condensador expresada en ~F
P= potencia del motor en 01
U= tensión a la que se conectará, expresada en voltios (V)
f=frecuencia de la red en hercios (Hz)
Urv Urv
IIJ Diferencias entre alternadoresy generadores de «
En un generador de corriente continua, se estudió que lafem que genera es alterna hasta llegar al colector; eso nosdemuestra que la generación de corriente alterna es másfácil de conseguir, puesto que no existe colector.
la construcción de un alternador es semejante a la de un generador de corriente continua, aunque salvando diferencias
fundamentales (Figura 10.21 l.
Fig. 10.20. Conexión de un motor trifásico a una redmonofásica.
No obstante, las pruebas realizadas en algunas industriasdel sector hacen que se utilice una capacidad de 50 IlFpor kw o 70 IlF por CV, y a una tensión de trabajo de220V.
Conexión triángulo Conexión estrello Rotar a inducida
1mr-(~+1llI=---J-.------Calectar
Reóstato ---!=c=.n~
Inductor o estator
Generador de ee
Tabla 10.]. Aboco para calcular la capacidad de un condensadorpermanente.
Con el óbaco de la Tabla 10.1, se puede calcular la capacidad del condensador permanente que se deberá conectar en un motor trifásico conectado a una red monofásica.
()!F)
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/ / ..---7//
____f-
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~
Inducido (fiia)
Dinamoexcitatriz
Alternador
Palos
Fig. 10.21. Diferencias entreun generadorde CCy un alternador.
.1 A. Anillo! rozante!El alternador, al no tener colector de delgas, es sustituidopor anillos rozantes; a través de éstos suministra tensión al bobinado giratorio. Su constitución es de cobre,bronce o acero, y sobre ellos se conectan las escobillas, queson similares a las de los colectores, también de carbón.
los bobinados de los inducidos de corriente continua soncerrados y se conectan al colector, mientras que los bobinados en los alternadores son abiertos, de forma que se fijaun principio y un final del bobinado.
.1 B. Bobinado!
cv1,50 1,751,250,5 0,7510,25
50
100
C
I
r--~=¡--__----.::", Escobillas
Fig. 10.22. Anillos rozonte« y escobillas.
El] (oroUuísti(OS eléuri(osde un alternador
Al igual que las máquinas de corriente continua se determinan por sus características, las máquinas de corriente alterna también se determinan por sus curvas características.
• , A. (oro((eríltj(Q de míoLa curva de vacío de un alternador se determina por lavariación de la corriente de excitación cuando el generadorgira a su velocidad nominal y originando la propia tensión.
La curva de vacío de un alternador es idéntica a la curvade características de vacío de una máquina de corrientecontinua (Figura 10.23).
.1 B. (orQtterílti(Q exteriorUna de las características fundamentales del alternador esla relacionada con la regulación de la tensión en bornes, alvariar la corriente de carga absorbida por los receptores.
En los alternadores, el factor de potencia también dependede los receptores. La característica exterior comprende varias curvas, aunque suele ser el funcionamiento normal con cargas inductivas.
La máquina síncrona se aplica casi exclusivamentea la producción de energía eléctrica; de hecho, prácticamente toda
L- -:> I~
Fig. 10.23. Curva de coracteristica de vacíade un alternador.
la energía suministrada en las centrales eléctricas está generada por alternadores síncronos.
Motor sínuooo: fundamentoyopli(oción
Está basado en la reversibilidad del funcionamiento quepresentan los alternadores. El motor síncrono gira a velocidad constante o de sincronismo.
La aplicación esencial del motor síncrono es aumentar elfactor de potencia en la línea, puesto que al conectarse en paralelo a la línea hace el efecto del condensador,siempre en vacío y sobreexcitado.
Otra aplicación en la que se emplean los motores síncronoses en subestaciones que convierten 19 corriente al·terna en continua, como se puede apreciar en la Figura 10.24.
Esta aplicación no requiere arranque en carga y no sufrevariaciones bruscas; por lo tanto, no hay ningún inconveniente en utilizar el motor síncrono.
La corriente absorbida por un motor síncrono en vacío esdel orden de un décimo de la intensidad a plena carga; encambio, en un motor asíncrono, la intensidad en vacío parala misma carga es de un tercio de la intensidad de carga.
El motor síncrono tiene algunos inconvenientes, como, porejemplo, no poder arrancar con carga; se deberá arrancaren vacío y aplicarle carga una vez alcanzada la velocidadde sincronismo.
La potencia activa (Po) y la reactiva (Qo) se obtendránpor el método Arón, que, como hemos visto, nos da la potencia con dos vatímetros en redes equilibradas, como sepuede apreciar en la Figura 10.25, según las siguientes
ecuaciones:
R,
L, Por cos cp =\Í3. U· loa
v,
o,sen cp =
\Í3.U·/o
+-----....-+------1---+--+-+--+-
Fig. 10.24. Inslalación para /0 conversión de corriente allemaen continuamediante un motorsincrono.
IIJ (orauerístius de los motoresasín (fOn01 trifÓ1 i(Os
Donde Woy W1 son la medición en vatios de los vatímetros
en montaje Arón.
Los ensayos en carga de los motores asíncronos son difíciles de realizar, sobre todo cuando la potencia de la máquina es elevada, ya que requieren métodos poro absorbery disipar esas grandes potencias.
Se trata de sustituir las pruebas en carga por otras en vacío y en cortocircuito, donde el consumo sólo cubre paradeterminar y predecir el comportamiento de la máquina enservicio normal.
¡g I A. (myo en vadoPara llevar el ensayo en vacío, se seguirá el esquema de laFigura 10.25. Hacer funcionar el motor trifásico a una tensión y frecuencia nominales, sin carga en el eje, nos permiteconocer la intensidad de vacío (lo) que el motor toma de lared y las potencias activa (Po) y reactiva (Qo) correspondientes a este funcionamiento.
r Nos interesa calcular la reactancia total en vacío (Xo) y laspérdidas mecánicas (Pm)' Si representamos mediante (U) latensión entre fases, el ángulo de desfase en vacío se obtendrá a partir de la potencia activa o de la potencia reactivapor las expresiones: .
Conexión Arón
Fig. 10.25. Esquema delensayode unmotor asíncrono de corriente alterna.
La reactancia total del motor en vacío (Xo) se determinará una vez calculada la impedancia en vacío (Zo) y laresistencia óhmica en vacío (~) mediante la fármula:
Lo impedancia en vacio se calculo por fose del motor tri
fásico, conectado el bobinado en estrella; lo expresión será:
Donde 101 es la corriente de vacío por fose; la resistencia del
bobinado primario (RI ) se determinará midiendo directa
mente con un ohmiómetro o por medio de un puente de re
sistencias; la medición será a temperatura de régimen delmotor.
~~
En conexión triángulo, será:
I 4= v3 U Ilo
Lo resistencia por fase en la conexión estrella será:
Realizando el ensayo en vacío del motor con distintas ten
siones, como por ejemplo 0,2 Un y 1,1 Un, es fácil determi
nar por separado las pérdidas mecánicos y las pérdidas enel hierro, si Un es la tensión nominal y se mide codo valor
de lo tensión aplicado o lo potencio absorbido yola intensidad.
En la Figura 10.26, se puede apreciar cómo los tensiones
aplicados en el eje de abscisas y lo sumo de los pérdidasmecánicos y los del hierro, dado en lo expresión anterior,
situados en el eje de ordenados, nos definen lo curvo.
Po3
Ro = (lo' \13)2
En conexión triángulo será:
Fig. 10.26. Curva de ensayo en vacío de una máquina de induccíántrifásica.
Al ser muy reducido el deslizamiento en vacío, la resistencia óhmica de la rama representativa del rotor en el circui
to equivalente es casi infinita; esto da lugar a que la rece
tancia Iotal del circuito en vacío seo aproximadamente igual
o la sumo de la reactancia de dispersión del estator (XI) Ydel circuito de excitación (X.).
o u, ~U
Lo curvo indico que los pérdidas mecánicos son constantes
y los pérdidas en el hierro son proporcionales 01 cuadradode la tensión. Si tomamos el cuadrado de los tensiones (f.J2)en el eje de abscisas en vez de lo tensión (U), los puntos sehallarán sensiblemente sobre uno recto, y su intersección
con el eje de ordenados quedará mejor definido, como sepuede apreciar en lo Figuro 10.27.
Al ser la recctcncio de vacío lo correspondiente o la rece
tancia de autoinducción cíclica del motor:
XQ=O)I=LI
Si deducimos de la potencio en vacío (Po) las pérdidas porefecto Joule del estator, obtendremos como valor de la po
tencia perdida del motor lo suma de las pérdidas en el hierro y las pérdidas mecánicas, en las que se incluyen los derozamiento y ventilación:
~~!ríf.¡4_~'; Aru~u~ ~~ !~5 ~~!~r~s
osínuonosEl arranque de los motores asíncronos depende del tipo derotor que tengo; el de jaula de ardilla, sencillo, absorbe en
Fig. 10.27. Curva de ensayaen vacíaaplicanda elcuadrado de la tensiónen ele¡e de abscisas.
El motor monofásico nace de la necesidad de las aplicaciones domésticas y de la pequeña industria, en la que se
Dispositivocentrífugo
Bobinadade trabajo
la necesidad es patente en motores de pequeña potencia,
que, por su uso, no suelen superar 1 ev.En los motores monofásicos, el flujo se crea por una solacorriente que recorre el bobinado del estator. El flujo quecrea el motor monofásico es de dirección constante, perovariable. Para hacer girar el motor, es necesario un dispo
sitivo específico para el arranque.
En los motores monofásicos de inducción o asíncronos, elempleo de un bobinado auxiliar conectado con una inductancia o un condensador es capaz de producir un desfasede entre 80 o y 85 o con respecto al bobinado de trabajo, su
ficiente para producir el arranque por sí rnisrpo,
A continuación, analizaremos los diferentes sistemas de
arranque.
Fig. 10.28. Molor monofásico de fase partida con interruplorde arranque.
.1 A. Motor de lose partidoEste tipo de motor está constituido por un bobinado principal, o de trabajo, y un bobinado auxiliar, con un desfaseentre ellos de 80 0 a 85 0 por la diferencia de inductancias.
El bobinado auxiliar lleva conectado en serie un dispositivoque permite la desconexión de éste una vez alcanzada la velocidad de régimen; este dispositivo es solidario con el eje delmotor, que por la fuerza centrífuga actúa sobre un interruptor.
El par de arranque de este tipo de motor es moderado, 1,75veces el par motor nominal, lo que hace que se utilice enmáquinas de poca carga en el arranque, como extractores,bombas centrífugas, etc. En la Figura 10.28, se puede verel esquema del motor de fase partida.
Bobinado auxiliar de arranque
carece de red trifásica y sólo se dispone de red monofá
sica.
-u'u'"
o
el arranque del orden de 5 a 7 veces la intensidad nominal. la intensidad en el arranque de un motor con rotor bobinado es menor.
las intensidades elevadas en el arranque producen una elevada caída de tensión en la línea eléctrica, perjudicando alos usuarios. Por ello, está prohibido el arranque directo enlos motores de cierta potencia; se deben emplear sistemasde arranque que reduzcan la intensidad en el mismo.
Entre los sistemas más utilizados en el arranquede motores, que eviten intensidades elevadas, se encuentran:
• Arranque en estrella-triángulo.
• Arranque por autotransformador.
• Arranque por reóstatos en los motores de rotor bobinado.
• Arranque por variador de frecuencia.
• Arranque por resistencias estatéricas.
Superado el inconveniente del arranque, estos motores sonlos de construcción más sencilla, robustos y económicos, especialmente los de jaula de ardilla. Estos motores sonlas máquinas utilizadas en la industria debido a su diversaaplicación .
.-11 Ap(i(uiones del motormon ofás i(O
Estotor can polos salientes
Motor monofásico bobinadocon polos salientes
Polos salientes con espi roen cortocicuito
Fig. 10.30. Molorde polos salientes con espira en cortocircuilo.
Dispositivacentrífugo
Bobinada auxiliar de arranque
.1 B. Motor de ¡ondmodorEl motor monofásico con condensador es similar al anterior,
pero con un condensador conectado en serie al bobinadoauxiliar de arranque que mejora el par de arranque, lle
gando a conseguir uno de 3,5 veces el par nominal. En laFigura 10.29, se puede ver el esquema del motor monofásico de fase partida con condensador.
Bobinadode trabajo
Fig. 10.29. Molor monofásico concondensador.
Núcleoestatárico
.>
Bobinado inductor e inducidoen serie
;:;.*,~--Rolor bobinado
~ Taponesde portaescobillas
Representación esquemáticade un motoruniversal
Fig. 10.31. Esquema de conexión de un molor universal.
Fig. 10.32. Despiece de un molor universal.
.1 e l~otor mono/áli(o de elpirol en ¡orto¡inuitoEn los motores de estator de polos salientes y rotor de jaula de ardilla, el arranque se realiza por las bobinas polares que se encuentran en el estator y mediante la espira encortocircuitocolocada en una ranura longitudinal situada enel mismo polo saliente del estator. En la Figura 10.30, sepuede ver el estator con los polos salientes, la ranura lon-gitudinal y el bobinado. .
El motor universal puede conectarse tanto en corrientecontinua como en corriente alterna, y mantiene sus características de funcionamiento, como la velocidad, el par motor, etc., con escasas alteraciones.
Su velocidad depende de la carga, y puede llegar a ser elevada, inadmisible para determinadas máquinas. Estos motores se construyen para potencias menores a 1 CV, y seaplican, entre otras cosas, en aspiradoras, máquinas de coser, herramientas eléctricas portátiles, etc.
.1 D. Motor univerlol
IIJ Normas de seguridad en ensayosde máq u¡no sde (A
Cuando se trabaja en laboratorios eléctricos o cuando se
emplea equipo eléctrico, seguir las precauciones adecua
das de seguridad es tan importante como llevar a cabo mediciones exactas.
Existen peligros potencialmente mortales en el ámbito del
laboratorio; el más común y más serio en laboratorios eléctricos, es el cortocircuito eléctrico.
Otros riesgos que también deben evaluarse son los deriva
dos del empleo de maquinarias en movimiento yequipos de soldaduras.
Si no se siguen con cuidodoÍos procedimientos de seguri
dad establecidos, puede que algún compañero sea víctima
de un accidente serio.
El mejor sistema para evitar accidentes es reconocer sus cau
sas y aplicar los procedimientos de seguridad establecidos.
Una completa concienciación acerca de los peligros y las
posibles consecuencias de los accidentes ayuda a desarrollarla motivaciónadecuada para seguir esos procedimientos.
I
Autoevaluación
1. Si en un sistema trifásicoequilibrado medimos con una
pinza amperimétrica dos fases al mismo tiempo, ¿quéintensidad estamos midiendo?
2. Si en un sistema trifásico equilibrado medimos al mis
mo tiempo las tres fases con una pinza amperimétri
ca, ¿qué intensidad estamos midiendo?
3. Cita los métodos para la medición de la potencia ac
tiva en un sistema trifásico desequilibrado.
4. Cita los métodos para la medición de la potencia re
activa en un sistema trifásico desequilibrado.
5. Determina la velocidad de giro de motores asíncro
nos con las siguientes polaridades: 2, 4, 6, 8 Y 12polos.
6. Determina el deslizamiento de un motor que tiene dos
polos cuya velocidad se ha medido con un fototacó
metro, y resulta ser de 2850 rpm.
7. Mide el factor de potencia del motor que has rebobinado.
s. Mide el aislamiento y la rigidez dieléctrica del motar
que has rebobinado y comprueba que está dentro de
los márgenes recomendados.
9. Calcula el condensador necesario para conectar el
motor que has rebobinado a un sistema trifásico.
10. ¿Qué inconvenientes presenta el motor síncrono en supuesta en marcha?
11. Cita los elementos eléctricos y mecánicos que componen un motor monofásico de condensador y realiza el
esquema eléctrico.
12. Cita los elementos eléctricos y mecánicos que componen un motor monofásico de espira en cortocircuito yrealiza el esquema eléctrico.
13. Cita los elementos eléctricos y mecánicos que componen un motor universal y realiza el esquema eléc
trico.
14. Mide la tensión, intensidad, potencia e impedancia del motor rebobinado en conexión estrella y conexión triángulo en vacío,en una red trifásica equilibrada.---._-----------_ ..•.. _--~ ._--_.-
• Objetivos:
- Planificar las medidas básicas en un motor trifá
sico rebobinado.
- Evaluar los datos obtenidos.
- Identificar los diferentes métodos para la medidade potencia en un motor trifásico en un sistema
equilibrado.
• Medios didácticos:
- Motor trifásico rebobinado.
- Voltímetro, pinza amperimétrica, vatímetro, ohmió
metro o puente de resistencias.
- Cuadro de control y protección.
• Procedimiento:
1.° Elaboración de una ficha de recogida de datos.
2.0 Conexión del motor en estrella.
3. 0 Conexión del motor a la red previo contacto de
arranque.
4. 0 Medida de tensión en las tres fases conexión
estrella.
5. 0 Medición de la intensidad en las tres fases por
separado y juntas en conexión estrella.
6. 0 Medida de potencia por el método de un votí
metro en conexión estrella.
7.0 Medida de potencia por el método Arón en co
nexión estrella.
8. 0 Medida de la resistencia óhmica de cada fase.~
9. 0 Conexión del motor en triángulo.
10. 0 Medida de tensión en las tres fases conexión
triángulo.
11. 0 Medición de la intensidad en las tres fases, porseparado y juntas, en conexión triángulo.
• Contesta:
a) Elabora un listado de los aparatos de medidas
utilizados en las mediciones realizadas.
b) Explica el procedimiento desarrollado para lamedición de cada una de las magnitudes eléctri
cas y de cada conexión del motor.
r
e) Determina la reactancia inductiva (X) por mediode la impedancia.
d) Determina la potencia aparente (5).
e) Realiza un informe con las conclusiones de laactividad.
15. Calcula y mide el factor de potencia, la velocidad de giro, el aislamiento y la rigidezdieléctrica según los resultados del ejercicioanterior.
• Objetivos:
- Planificar los cálculos y medidas que se han derealizar en un motor trifásico rebobinado.
- Evaluar los datos obtenidos.
- Identificar los diferentes aparatos de medidas.
• Medios didácticos:
Motor trifásico rebobinado.
- Cosímetro, tacómetrode contacto (fototacómetro).
- Megóhmetro,medidor de rigidez dieléctrica (chis-pómetro).
- Diferentes conectores y pinzas de cocodrilo.
Cuadro de control y protección.
• Procedimiento:
, .° Elaboración de una ficha de recogida de datos.
2,° Conexión del motor en estrella.
3.° Conexión del motor a la red previo contactode arranque.
4.° Cálculo y medida del cos <1> del motor rebobinado.
5.° Medición de la velocidad de giro en estrella yen triángulo mediante el tacómetro de contacto(fototacómetro).
6.° Medida de aislamiento entre fases y entre fasey masa.
7.° Medida de rigidez dieléctrica entre fases yentre fase y masa.
• Contesta:
a) Elabora un listado de los aparatos de medidasutilizados en las mediciones realizadas.
b) Explica el procedimiento desarrollado para la
medición del cos <1>
e) Explica el procedimiento desarrollado para cadauna de las mediciones realizadas.
d) Determina el número de polos del motor me
diante la velocidad de giro.
e) Determina el deslizamiento del motor con respecto 0'10 velocidad de sincronismo.
f) Realiza un informe con las conclusiones de laactividad.
16. Identifica las fases de un sistema trifásicomediante el comprobador de fase.
• Objetivos:
- Identificar las fases de un sistema trifásico paraarrancar un motor en el sentido de giro predeterminado.
Conocer la conexión del identificador de fase enuna red trifásica.
• Medios didácticos:
- Motor trifásico rebobinado.
- Comprobador o identificador de fase.
- Diferentes conectores y pinzas de cocodrilo.
Cuadro de control y protección.
• Procedimiento:
'.0 Elaboración de una ficha de recogida de datos.
2.° Conexión del motor en estrella.
3.° Conexión a la red previo contacto de arranque.
4.° Conexión de los diferentes conectores del indi-cador de fase a la red trifásica.
5.° Comprobación del encendido de los ledy del sentido de giro del disco del identificador de fase.
6.° Toma de datos de la conexión realizada atendiendo los colores de las pinzas y de las fases.
7.° Conexión del motor rebobinado.
• Contesta:
a) Toma datos de las conexiones realizadas.
b) Explica el procedimiento desarrollado para laidentificación de las fases.
e) Conecta el motor rebobinado, con el sentido degiro predeterminado.
d) Realiza un informe con las conclusiones de laactividad.
17. Adaptación de un motor trifásico a una redmonofásica.
• Objetivos:
- Conocer las conexiones de un motor trifásico enestrella y en triángulo para conectarlo en una redmonofásica.
- Analizar el proceso para determinar el condensador necesario para conseguir un rendimientodel 75% de la potencia del motor trifásico conectado a una red monofásica.
• Medios didácticos:
- Motor trifásico rebobinado.
- Pinza amperimétrica, voltímetro, vatímetro.
- Condensador.
- Diferentesconectores y pinzas de cocodrilo.
• Procedimiento:
1.° Elaboración de una ficha de recogida de datos.
2.° Conexión del motor en estrella.
3.° Conexión a la red previo contacto de arranque.
4.° Medida de potencia del motor conectado a lared trifásica.
5.° Cálculo del condensador necesario.
L, --- --------
N---\----'._----
e
Fig. 10.33. Esquema de montaje de un motor trifásico en una red mo
nofásica.
6.° Montaje del motor trifásico en la red monofásica, como indica la Figura 10.33.
• Contesta:
a) Mide la potencia del motor trifásico en la redtrifásica.
b) Calcula el condensador necesario para la conexión del motor trifásico en la red monofásica.
e) Conecta el motor trifásico, conectado a la redmonofásica, con el condensador determinado.
d) Realiza una nueva medición de la potencia delmotor adaptado a una red monofásica con con-
densador conectado. •
e) Explica el procedimiento desarrollado para elcálculo y conexión del condensador en el motortrifásico.
f) Realiza un informe con las conclusiones de laactividad.
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Bobinados trifósi(Os un(éntrius por polos unsuuentes
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Bobinados trifásicos imbriudu de uno J dos (Opas
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Bobinados Dohlonder
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