Semana Xv – Iv Semestre: Rebobinados Maquinas Electricas 2017 Inst. Fabio K. Mallma Dolorier

Semana XV – IV Semestre

Motores Trifásicos

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Partes del motor Las partes principales que componen un motor de c.a. Son el rotor y el estátor. El estátor está formado por una carcasa de fundición y un en su interior constituido por chapa magnética apilada en la que se aloja el bobinado inductor. El rotor o inducido está formado por un núcleo de chapa magnética solidario a un eje. Este circuito magnético puede ser bobinado o del tipo de jaula de ardilla. El motor con rotor de jaula de ardilla es el más utilizado industrialmente debido a su robustez, su rendimiento y su escaso mantenimiento. El rotor de jaula de ardilla debe su nombre al parecido con las jaulas utilizadas para las ardillas. REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

Inducido de jaula de ardilla Jaula de ardilla

Barras conductoras de cobre o aluminio

Jaula de Anillos de ardilla cortocircuito REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

ESTATOR

Placa de bornes

Carcasa

Núcleo magnético

Ranuras

Radiadores de refrigeración

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Interior de un motor de jaula de ardilla

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Protector ventilador Ventilador Caja, placa de bornes Tapa Cojinetes Carcasa Tapa

Estator Bobinado Inducido Jaula de ardilla

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Motor lavadora

Tacodinamo

Regulador REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

Motores para lavavajillas

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Motores para secadoras

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DEFINICIONES: 

Bobina. Recibe el nombre de bobina cada uno de los conjuntos compactos de espiras que unidos entre sí forman el bobinado inducido de la máquina. Van alojadas en las ranuras de la armadura. Estan compuestas por los lados activos y cabezas



Paso polar. El paso polar, es la distancia entre dos polos consecutivos (es el número de ranuras que corresponden a cada polo) Puede ser expresado en centímetros o por el número de ranuras. El paso polar se puede observar Figura 1.2



Paso de bobina. Es la distancia que hay entre los dos lados de una bobina. Se puede medir en fracciones del paso polar, en radianes eléctricos o geométricos, pero normalmente se mide contando el número de ranuras que hay entre los dos lados de la bobina (al paso de bobina medido en números de Yk)



En la figura 1.3 se puede observar el paso de



Paso diametral. Una bobina se denomina de paso diametral, si su paso es igual al paso polar.



El paso diametral se puede observar en la figura 1.4.

Paso acortado. Una bobina se denomina de paso acortado, si su paso es inferior al paso polar. Paso alargado. Una bobina es de paso alargado, si su paso es superior al paso polar.



Devanado de una capa o simple  capa. En este devanado, cada ranura solo posee un lado activo de una bobina. Actualmente solo se utilizan estos devanados en máquinas de c.a.



En la figura 1.5 se puede observar el devanado de una capa. 

Devanado de dos capas o doble capa. En los devanados de doble capa, en cada ranura hay dos lados activos correspondientes a dos bobinas distintas, colocados uno encima del otro formando dos capas de conductores entre las cuales se coloca un aislante. Estos devanados son abiertos. En la figura 1.6 se puede observar el devanado de doble capa.



Grupo polar. Es un conjunto de bobinas de la misma fase conectadas en serie, alojadas en ranuras contiguas y arrolladas alrededor de un mismo polo. Los grupos polares se conectan entre sí en serie o formando varias ramas en paralelo idénticas para, así, construir una fase del devanado.



En la figura 1.7 los grupos polares se han señalado con un número rodeado de una circunferencia.



BOBINADO POR POLOS Un bobinado es por polos cuando el final de un grupo de bobinas está conectado con el final del siguiente, y el principio de un grupo con el principio del siguiente, dejando sin conectar el principio del primer grupo y el principio del último, que serán el principio y el final, respectivamente de la fase.



En la figura 1.8 se puede observar el bobinado por polos.



En un bobinado por polos, el número de grupos por fase es igual al número de polos. Y el número total de grupos, es el número de grupos por fase, por el número de fases.



BOBINADO POR POLOS CONSECUENTES Un bobinado es por polos consecuentes cuando el final de un grupo de bobinas está conectado con el principio del siguiente, dejando sin conectar el principio del primer grupo y el final de último, que serán el principio y el final, respectivamente de la fase.



En la figura 1.9 se puede observar el bobinado de polos consecuentes.



En los bobinados de polos consecuentes, el número de grupos por fase es igual al número de pares de polos, y el número total de grupos es el número de grupos por fase, por el número de fases.

Los bobinados de corriente alterna son concéntricos cuando las bobinas que forman los grupos son concéntricas. Bobinas

Grupo de 2 bobinas concéntricas

Grupo de 3 bobinas concéntricas REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER EN PANTALLA PARA PARA AVANZAR

CONEXIÓN DE GRUPOS CONCENTRICOS POR POLOS CONSECUENTES

1

2

3

4

EL NUMERO DE POLOS ES CONEXIÓN PORPOLOS POLOS CONSECUENTES FORMACION DE POR POLOS SE FORMAN DOS CADA GRUPO DOBLE DEL NUMERO DE GRUPOS REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

CONEXIÓN DE GRUPOS CONCENTRICOS POR POLOS

1

2

1

EL NUMERO DE POLOS ES SE FORMA UN POLO POR GRUPO FORMACION DE POLOS IGUAL AL NUMERO DE GRUPOS REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

El aislante de las máquinas eléctricas La duración y el funcionamiento de una máquina eléctrica, depende esencialmente de los aislantes utilizados. La características fundamentales que debe poseer un buen aislante son: • Elevada rigidez dieléctrica • Estabilidad dimensional y aptitud de conservar esta propiedad en el tiempo. La capacidad de un aislante a soportar elevadas temperaturas es la cualidad determinante para su clasificación, tanto es así que las normas internacionales, y las de los diversos países clasifican los aislamientos (y por lo tanto los aislantes que los componen) en base a la posibilidad que tienen de soportar determinados límites térmicos. Se definen las siguientes clases de aislamiento: Y: A: E: B:

90 °C 105 °C 120 °C 130 °C

F : 155 °C H : 180 °C C : mayor de 180 °C. REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

El papel es el clásico aislamiento entre espiras y contra masa utilizado en la fabricación de transformadores y máquinas rotativas. Entre los tipos de cartón aislante mas utilizados podemos encontrar el cartón pressboard y el cartón presspan. El cartón pressboard, (nombre adoptado por la empresa «WEIDMANN» de Suiza), es un tipo de precomprimido de alta calidad que se utiliza como aislante en transformadores sumergidos en aceite de alta y muy alta tensión. Cartón presspan es un material constituido por pulpa de celulosa que no contiene ácidos, álcalis, sales ni impurezas metálicas. Comercialmente se obtienen en dos tipos: Superficie lustrada con espesores de 0.10 a 1 mm. Superficie no lustrada con espesores REBOBINADOS de 1 a 5 mm. MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

Son soluciones de resinas naturales o sintéticas (con o sin aceite), con adecuados solventes, que aplicados sobre una superficie forman una película aislante uniforme. La aplicación de los barnices a los distintos devanados, tiene por finalidad conferir a los aislantes las siguientes características: 1.- Sustituir el aire que se encuentra en los intersticios del aislamiento. 2.- Aumentar la rigidez dieléctrica y reducir la higroscopicidad.  

3.- Mejorar la calidad mecánica (vibraciones, esfuerzos electrodinámicos) y la resistencia a la acción de los agentes externos (ambientes corrosivos etc.). 4.- Aumentar la resistencia al calor y la conductibilidad térmica del conjunto. 5.- Prolongar la duración de la vida de los arrollamientos. REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

Para lograr estas condiciones es necesario que los barnices posean las siguientes cualidades: 1.- Ser buenos aislantes. 2.- Formar películas homogéneas impermeables y resistentes a los agentes externos. 3.- Poseer un buen poder penetrante y cementante. 4.- Soportar por largo tiempo la temperatura de funcionamiento de las máquinas o de los aparatos sin apreciable degradamiento de sus cualidades. 5.- Poseer una buena conductibilidad térmica y ser de fácil aplicación. Se pueden obtener diversos tipos de barnices y agruparlos en dos categorías: 1.- Los que reaccionan con el calor y que REBOBINADOS normalmente están constituidos por MAQUINAS ELECTRICAS 2017 resinas termoendurecibles.

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Motores asíncronos Giran a una velocidad inferior a la del campo magnético giratorio (velocidad de sincronismo). Esta velocidad (de sincronismo) depende de la frecuencia de la corriente y del número de polos de la máquina. n1 =

60 . f p

La velocidad real o velocidad del rotor es inferior a la de sincronismo n2 =

60 . f p

Deslizamiento

+

+ +

2

-

11 3

U

Y

+

+

1

12

10

W

Z X

4

V

9

+

5 8

6

-

(A)

Un bobinado trifásico alimentado por un sistema trifásico de corrientes, origina un campo magnético constante, pero giratorio, con velocidad igual a la de sincronismo.

7

U

o a b c d

-

V

-

W

-

-

En este bobinado trifásico bipolar al ser recorrido por un sistema trifásico como el de la figura ( A ), en cada una de las fases , la corriente varía continuamente de valor, teniendo una alternancia positiva y otra negativa. En cada una de las fases se presentan las variaciones de corriente como indicamos en a continuación.

-+ -+

+

2

11 3

10

W

Z X

+

4

5 8

6 7

-

la Puedes las V fasesverlo V y haciendo U clic 3 veces en la pantalla

V

9

-

-

U

Y

+

+

1

12

En el instante ( o ), la corriente de la fase U tiene un valor En son nulo,ella instante fase Wa es positiva ylas la fases fase Vnula positivas yW En el instante b esU es negativa. mientras que yespositivas negativa la fase W

-

+-

+U

Instanteab( o ) Instante o a b c d

V

W

BOBINADOS CONCENTRICOS

Los bobinados concéntricos pueden ser conectados por polos y por polos consecuentes. Los monofásicos y bifásicos se ejecutan siempre por polos. Los trifásicos se ejecutan siempre por polos consecuentes. Las razones son solo de tipo constructivo .

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CALCULO DE UN BOBINADO CONCENTRICO DATOS DEL MOTOR Nº RANURAS - K = 24 Nº DE POLOS - 2p = 4 Nº DE FASES - q = 3

CONEXIÓN - Polos consecuentes K

Nº de bobinas por grupo - U =

= 2 2pq K

Nº de ranuras por polo y fase -

Kpq =

= 2 2pq

Amplitud de grupo -

m = (q - 1) U =

4 K

Paso de principios de fase

-

Y120 =

= 4 3p

Grupos por fase

- Gf = p = 2

;

GtREBOBINADOS = Gf.q =MAQUINAS 6 ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

RESULTADOS DEL CALCULO AMPLITUD

2 BOBINAS POR GRUPO

1

2

3

4

SERAN DOS GRUPOS POR FASE,

TABLA DE PRINCIPIOS

U 1

V 5

13 17

6

EN TOTAL

W 9 21

COGEREMOS EL 1 - 5 - 9

REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

24

RANURA 9 RANURA 5 2W

2U

2V

CONEXIÓN CONEXIÓNTRIANGULO ESTRELLA

COMPROBAMOS LA FORMACIÓN DE POLOS, PERO ESTATOR DE 24 RANURAS COMPROBAMOS DE NUEVO LA FORMACION DE POLOS COMPROBAMOS AHORA LA FORMACION DE LOS 4GRUPOS POLOS COLOCAMOS COLOCAMOS AHORA EL PRIMER EL SEGUNDO GRUPO GRUPO CONECTAMOS AHORA EL MOTOR A LA PDE LACA DE BORNAS, VOLVEMOS TENIENDO COLOCAMOS COMPROBAMOS AHORA ACONECTAMOS EN CONECTAR AHORA CUENTA LA FORMACION LA EL ENTRE 3º LOS PASO FASE DOS SI SEGÚN LOS GRUPOS DE PRINCIPIOS DOS POLOS EL PASO EN LA TERCERA FASE EMPEZAREMOS POR FINAL LAS FLECHAS ENSEGUNDA GRUPOS SEGÚN SU SENTIDO PRIMERO EN ESTRELLA (LA MAYOR TENSION )EL QUE COMPLEMENTARA CONECTAMOS LOS FASEANTERIOR GRUPOS DEAGRUPANDO MANERA SEGÚN SIMETRICA LOS CALCULOS EN CONJUNTO OBTENIDOS DE RANURAS 1U ESTA 1VEL 1PANORAMICA W REPRESENTACION DE PRINCIPIOS COLOCAMOS EN CONEXIÓN EN COMO LA POR EN FASE LA POLOS FASE FASE ANTERIOR SEGUNDO EN TRIANGULO

( MENOR TENSION )

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L1

L2

L3

Otra forma de reparto de grupos para la realización del esquema

Datos de bobinado: Será un bobinado concéntrico de ...YK = 24 Bobinas por grupo ......................... U = 2 Paso de principios ......................... Y120 = 4 Amplitud ....................................... m = 4 Conexión por polos consecuentes REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

1V

1U

1

2

3

4

5

1U

1W

6

7

8

9

0

1

2

3

1V

4

5

6

7

1W

8

9

0

1

2

3

4

SiPara nos la fijamos la secuencia será siempre: 2 paracorresponderá la primera fase, colocación del segundo grupo (que Las dos siguientes parta el primer grupo de lael esquema Como Partiendo cada del grupo conjunto tiene dos de ranuras bobinas del estator, Las dos siguientes quedarán vacías Las dos siguientes corresponden otra vez Ya2al podemos empezar a colocar los grupos y terminar Y así hasta terminar de colocar todas las bobinas. vacías, 2 para la segunda fase, 2 vacías, 2 para la tercera fase, Las dos ultimas vacías Las dos siguientes para elavacías grupo de latantas segunda fase Las Las dos dos siguientes siguientes aprimer lavacías lasegunda tercera fase fase primer Las grupo dos siguientes de la segunda fase) dejamos ranuras Las dos siguientes Las tercera dos fase siguientes quedan vacías 2laranuras para elvacías primer grupo adejamos la2 primera fase 2vacías vacías, para primera ............ como bobinas por fase, grupo2 tengamos REBOBINADOS MAQUINAS ELECTRICAS 2017 INST. FABIO K. MALLMA DOLORIER

1V

1U

1

2

3

4

5

1U

1W

6

7

8

9

0

1

2

3

1V

4

5

6

7

1W

8

9

0

1

2

3

4

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U1 V2 U2

V1

W2

W2

Dejando Las Partiremos dejamos Bajamos 2 ahora ranuras levantadas de losvacías un lados estator de (tantas por de un -como lado K=24 que (quedaran bobinas dejamos ;el2p=4 por ; dejando q=3 tantas grupo) Seguimos el mismo procedimiento hasta final, Veremos Colocamos las conexiones elbobina primer entre grupo grupos de cada fase colocamos bobinas concéntrico levantados levantadas el ranuras siguiente por delpolos como primer grupo consecuentes - m/2) grupo y de el una capa. siempre dos vacías antes de colocar siguiente.

PROCEDIMIENTO DE AISLAMIENTO Y COLOCACION DE DEVANADOS

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Una vez limpias las ranuras procedemos a aislarlas con cartón

Medida para el molde de las bobinas

Dejaremos una holgura ligeramente superior a la profundidad de la ranura, por ambos lados.

Realización de bobinas

Acceso a la placa de bornes

Colocamos los grupos teniendo en cuenta que los principios y finales salgan por el lado de acceso a la placa de bornes.

Colocada la primera bobina, como es un bobinado de doble capa, cerramos con un cartón para separar las dos bobinas que irán en la ranura.

Cartón

Aislamos con cartón

Este primer grupo se colocará solo por un lado,dejando el otro levantado.

Lado levantado

Colocamos el segundo grupo a continuación del primero y lo aislamos HACER CLIC PARA AVANZAR

Seguimos colocando tantas bobinas con un lado levantado como Yp

En este caso Yp = 5 La bobina 6 ya se Introduce por ambos lados en las ranuras

Cuando ponemos dos bobinas en la misma ranura cerramos con caña

A partir de aquí las bobinas se van colocando por los dos lados dentro de las ranuras

Si son bobinados concéntricos, colocamos las bobinas del mismo grupo en ranuras sucesivas

Concéntrico Colocamos la bobina pequeña del segundo grupo, dejando tantas ranuras libres como bobinas tenga el grupo

Dos bobinas por grupo

Se dejaran tantas bobinas levantadas de un lado como ranuras de amplitud tenemos partido por dos, Yp / 2 . En este caso amplitud 4, por tanto dejamos levantadas 2 bobinas.

Concéntrico Colocamos el tercer grupo dejando de nuevo 2 ranuras libres, por ser 2 bobinas por grupo

2 ranuras libres

Volviendo a los excéntricos, colocamos todos los grupos sin dejar ranuras vacías, los lados que tenemos levantados de las primeras que han sido colocadas, son las ultimas en colocarse en las ranuras.

Colocadas todas lar bobinas, aislamos los grupos por los dos lados del motor.

Una vez aislado procedemos al atado de forma que quede bien apretado

Proceso atado de las cabezas

Una vez bien atado por ambos lados y realizadas las comprobaciones oportunas procederíamos al barnizado, (secado al horno o al aire).

CUANDO ESTE VALOR DEL NUMERO DE BOBINAS POR GRUPO NO ES UN VALOR ENTERO, DECIMOS QUE ES BOBINADO FRACCIONARIO (No serán estudiados en este capitulo)

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BOBINADOS CONCENTRICOS

BOBINADOS EXCENTRICOS K = 12 - 2p = 2 - por polos

K = 24 - 2p = 2 – por polos

K = 24 - 2p = 4 - por polos

K = 30 - 2p = 2 - polos consecuentes

K = 36 - 2p = 6 - por polos

K = 24 - 2p = 4 - por polos

K = 36 - 2p = 2 - por polos

K = 24 - 2p = 4 - polos consecuentes K = 24 - 2p = 8 - polos consecuentes

K = 48 - 2p = 4 - por polos K = 12 - 2p = 4 - por polos

K = 36 - 2p = 6 - polos consecuentes

K = 12 - 2p = 2 - por polos K = 12 - 2p = 2 - por polos, acortado

K = 18 - 2p = 2 - polos consecuentes

K = 18 - 2p = 2 - por polos

K = 18 - 2P = 6 - polos consecuentes

K = 18 - 2p = 6 - por polos

K = 30 - 2p = 10 - polos consecuentes

K = 24 - 2p = 4 - por polos

K = 12 – 2p = 2 – polos consecuentes

K = 24 - 2p = 8 - por polos

K = 36 - 2p = 6 - polos

K = 36 - 2p = 4 - por polos

2

1

U

3

4

5

6

Z

7

8

0

9

2

1

3

V

4

5

2U

2U

2V

7

8

W

X

2W

6

2V

2W

9

0

2

1

3

Y

concéntrico K = 24 2p = 2 q=3 Conexión por polos

4

1 0

U

2

3

4

5

6

7

Z

8

9

0

1

2

3

4

5

6

X

V

2U

2W

2U

2V 2W

2V

7

8

9

0

1

W

2

3

4

5

6

7

8

Y

concéntrico K = 30 2p = 2 q =3 Polos consecuentes

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

U

Z

V

X

W

2W

1U

2U

1V

1W

2V

Concéntrico K = 24 2p = 4 q=3 Por polos

Y

1

2

U

4

3

Z

5

6

V

7

8

9

0

1

2

4

3

5

W

6

7

8

9

0

X

2W

1U

2U

1V

2V

1W

1

2

3

4

Y

Concéntrico K = 24 2p = 4 q=3 Por polos consecuentes

1

U

4

3

2

Z

V

5

6

7

8

9

2

1

0

3

4

5

6

7

8

9

0

1

W

2

3

X

2W

1U

1V

2U

1W

2V

Concéntrico K = 24 2p = 8 q=3 Por polos consecuentes

4

Y

1

2

U

3

4

Z

6

5

V

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

2

1

X

W

Concéntrico K = 36 2p = 6 q=3 Por polos consecuentes

3

4

5

6

Y

1

2

U

3

4

5

Z

6

8

7

V

9

1

0

X

2

3

4

W

5

6

7

Y

Concéntrico K = 18 2p = 2 q=3 Por polos consecuentes

8

1 18

U

2

3

Z

4

V

5

6

W

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

X

concéntrico K = 18 2p =6 q=3 Por polos consecuentes

17

Y

1

2

U

3

4

5

6

7

Y

8

9

0

V

1

2

3

4

5

Z

6

7

8

9

0

1

2

3

4

W

Concéntrico K = 30 2p = 10 q=3 Por polos consecuentes

5

6

7

9

8

X

0

1

2

1U

4

3

2W

5

9

8

7

6

1W

2U

1V

2W

1U

2U

1V

0

2V

1W

1

2

2V

Imbricado K = 12 2p = 2 q=3 Por polos

1

2

1U

3

4

2W

5

6

1V

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

1W

2

2U

2W

1U

1V

2U

1W

2V

Imbricado K = 36 2p = 6 q=3 Por polos

3

4

5

6

2V

Ranuras 12 (K=12), dos polos (2p=2), trifásico (q=3). Por polos.

Ranuras 24 (K=24), polos cuatro (2p=4), trifásico (q=3). Por polos.

Ranuras 36 (K=36), número de polos 6 (2p=6), trifásico (q=3). Por polos.

Ranuras 36 (K=36), número de polos 2 (2p=2), trifásico (q=3). Por polos.

Ranuras 48 (K=48), número de polos 4 (2p=4), trifásico (q=3). Por polos.