INFORME BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL

DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II

CURSO

:

MAQUINAS ELECTRICAS II

TEMA

:

BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

PROFESOR :

ING. HUGO FLORENCIO LLACZA ROBLES

ALUMNO

JAIMES GARCIA GILBERT CARLOS 090564G

:

MARCHENA SOLORZANO RICARDO 090535G

2017 - A

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II - BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

OBJETIVOS



 

Diseñar el bobinado de un motor trifásico, en sus diferentes formas, aplicando el más conveniente para cada tipo y7o modelo. Realizar las conexiones de sus bobinas, grupos (Para formar la polaridad de la maquina) Modificar las características de la maquina, mediante bobinado del estator.

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INTRODUCCION

El siguiente informe se presenta como trabajo en el cual se pretende brindar una herramienta para la elaboración de esquemas de devanado imbricados de paso entero en máquinas rotativas trifásicas de corriente alterna, llevando a cabo la construcción de un módulo didáctico y operativo con su respectiva guía, en el cual nuestros compañeros, de la Universidad del Callao pertenecientes a la escuela de Ingeniería Eléctrica, puedan fortalecer el contenido temático en los laboratorios de Maquinas Eléctricas II. El proyecto tiene como objetivo analizar y evaluar el comportamiento de una máquina eléctrica rotativa de corriente alterna mediante la utilización de devanados. Para ello se realizará la implementación sobre una máquina trifásica de inducción de sus ranuras la cual permite esquemas de devanados de 2, 4 y 6 polos, en una o dos capas, que se conectarán a un bornero de conexión donde se puede hacer sus diferentes tipos de ejercicios y aplicar los tipos de devanados según la configuración y paso. Para tal efecto se dispondrá del laboratorio de la f acultad de Ingeniería Eléctrica para realizar pruebas y ensayos en la plataforma didáctica de devanados en motores asincrónicos trifásicos de corriente alterna, y se contará con la dirección del ingeniero electricista Hugo Llacza Robles, con el fin de verificar si lo realizado en la plataforma didáctica.

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FUNDAMENTOS TEORICOS Pasos

Paso polar Es la distancia que existe entre los ejes de dos polos consecutivos, tomada sobre el arco de circunferencia de entrehierro o en número de ranuras.

Paso de Bobina Es la distancia que hay entre los dos lados de una bobina. Se puede medir en fr acciones del paso polar, en radianes eléctricos o geométricos, etc., pero normalmente se mide contando el número de ranuras que hay entre los dos lados de la bobina. Al paso de bobina medido en número de ranuras se lo designará por y Los dos lados de una bobina deben estar situados frente a polos contiguos, lloque da lugar a que el paso de bobina no sea muy diferente del paso polar o distancia entre dos polos consecutivos. Al paso polar medido en número de ranuras se le designa por y1

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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II - BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Una bobina se denomina de paso diametral si su paso es igual al paso polar, o sea Paso diametral: y1= yp

Una bobina se denomina de paso acortado si su paso es inferior al paso polar, o sea Paso acortado: y1< yp Una bobina se denomina de paso alargado si su paso es superior al paso polar, o sea Paso alargado: y1> yp Razones para tomar un paso acortado o alargado:

1. Cuando el paso polar resulta de un valor fraccionario, es imposible tomarlo como paso de de ranura, ya que éste debe ser exactamente entero. Así pues, la exigencia física del paso de ranura obliga a tomar un valor diferente al paso polar, sea acortado o alargado. 2. A veces se acorta el paso, por exigirlo el cálculo de la máquina, para disminuir el estorbo entre las cabezas de bobinas o por otras razones de funcionamiento. En los bobinados de corriente continua no es conveniente acortar o alargar el paso de ranura por razones derivadas de la buena marcha de la conmutación, sobre la cual influye desfavorablemente cualquier acortamiento o alargamiento del paso. Estos efectos perjudiciales son aún más sensibles en las máquinas provistas de polos auxiliares o de conmutación.

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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II - BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Tipos Devanados abiertos. Están formados por una o varias fases, cada una de las cuales tiene un principio y un final. Estos devanados se usan en las máquinas de corriente alterna. 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

Devanado de dos capas o doble capa.

En los devanados de doble capa, en cada ranura hay dos lados activos co rrespondientes 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.

Representación de devanados

• Para representar gráficamente un devanado se emplean esquemas rectangulares. En estos esquemas

cada bobina se dibuja como si sólo tuviera una espira, aunque en realidad esté formada por varias. Esto es así porque lo que interesa reflejar son las conexiones entre las bobinas y las ranuras que éstas 6


ocupan, lo cual no depende del número de espiras de cada bobina. En la representación rectangular se supone la máquina cortada según una generatriz y desarrollada de tal manera que la superficie cilíndrica del núcleo magnético que está frente al entrehierro se convierta en un plano. Los lados activos del bobinado se representan por medio de rectas verticales, las cabezas de bobina se dibujan en la parte superior del esquema y las conexiones entre bobinas y los extremos libres del bobinado o las conexiones al colector de delgas, en la parte inferior. Si el bobinado es de doble capa los dos lados activos

Grupo Polar Es un conjunto de bobinas de la misma fase conectados en serie, alojados en ranuras contiguas y arrolladas alrededor del 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

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En la figura cada grupo polar se han señalado con un número rodeado de una circunferencia.

Tipos de Bobinas Las bobinas del devanado forman grupos que pueden ser según su forma:   

Concéntricos. Imbricados. Ondulados.

Según la manera de conexión de los grupos de bobina de una misma fase, el devanado puede ser conectado:  

Por polos. Por polos consecuentes

Concéntricos En los bobinados concéntricos las bobinas de un grupo polar son de diferentes tamaños, y se van situando sucesivamente unas dentro de las otras. En la figura se puede observar el bobinado concéntrico.

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En este tipo de bobinado los pasos de bobina son diferentes de unas bobinas a otras. Los bobinados concéntricos pueden ser construidos tanto por polos como por polos consecuentes. La forma de ejecutar los bobinados de una y dos fases es por polos. Cuando se usa la conexión por polos consecuentes, el valor medio de los pasos de las bobinas de un grupo polar es igual al paso polar.

En los bobinados trifásicos se realizan por polos co nsecuentes.

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Imbricados Los bobinados imbricados están realizados con bobinas de igual tamaño y f orma. En los bobinados imbricados, un grupo polar se obtiene conectando en serie varias bobinas de una misma fase, todas ellas correspondientes al mismo polo.

Por esta razón, en estos bobinados hay que retroceder para conectar el final de una bobina con el principio de la siguiente (pues el final de una bobina está por delante del principio de la siguiente con la que se conecta).

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Estos bobinados pueden ser de una o dos capas de paso diametral, alargado o acortado y siempre se ejecutan por polos. Cuando un bobinado imbricado es de una sola capa el paso de bobina medido en número de ranuras, debe ser impar. Esto se debe a que, como se muestra en las ranuras se van colocando alternativamente 21 el lado derecho de una bobina, el lado izquierdo de la o tra bobina, el lado derecho y así sucesivamente. Por consiguiente, una bobina tendrá uno de sus lados en una ranura par y el otro en una ranura impar y el paso de bobina, es, pues, impar.

En la figura se muestra el bobinado trifásico imbricado, por polos, de 2 polos, doble capa, 2 grupos polares por fase de 4 bobinas, 24 ranuras, 4 ranuras por polo y fase, y con paso acortado de ranura en 1 ranura.

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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II - BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Ondulados Los devanados ondulados también están realizados con bobinas de igual tamaño. A diferencia de lo que sucede en los bobinados imbricados, en los devanados ondulados una bobina se conecta con otra de la misma fase que está situada bajo el siguiente par de polos. Por esta razón, en estos devanados hay que avanzar a conectar el final de una bobina con el principio de la siguiente (pues el final de una bobina, está detrás del principio de la siguiente con la que se conecta, como se puede apreciar en la figura. Esto hace que estos arrollamientos tengan forma de onda, lo que da origen a su denominación. Los bobinados ondulados se fabrican de dos capas y se ejecutan por polos. Estos arrollamientos pueden ser de paso diametral, alargado o acortado.

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 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.

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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 fi gura 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.

CÁLCULOS PARA LOS TIPOS DE BOBINADOS En este numeral se mostrarán los cálculos para los diferentes tipos de bobinados que se citaron anteriormente.

Cálculos generales para los diferentes tipos de bobinados. Ranuras que ocupa el bobinado por polo magnético y por fase. En la ecuación (1.1) se puede observar el cálculo para las ranuras que ocupa el bobinado por polo magnético y por fase. K

(1.1)

Kpq = 2

pq

Donde:

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Kpq: Ranuras que ocupa el bobinado por polo magnético y por fase. K: Número de ranuras.

2pq: Número de grupos por fase por el número de fases.

Número de bobinas. Bobinado de una capa. Para el bobinado de una capa, el número de bobinas es la mitad del número de ranuras, como se puede observar en la ecuación (1.2). B=

K

(1.2)

2

Donde: B: Número de bobinas.

Bobinado de dos capas. Para el bobinado de dos capas. El número de bobinas (B) es igual al número de ranuras (K), como se puede observar en la ecuación (1.3). (1.3)

B = K

Número de bobinas por grupo. Es el número de bobinas totales dividido por los grupos totales del bobinado, como se puede observar en la ecuación (1.4). u=

B

(1.4)

G

Donde: u: Número de bobinas por grupo. B: Número de bobinas. G: Número de grupos totales del bobinado.

Paso polar. Es el número de ranuras que corresponden a cada polo. En la ecuación (1.5) se demuestra lo que se dijo en el enunciado anterior.

Y p

=

K

(1.5)

2p

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Donde: Yp: Paso polar. K: Número de ranuras. 2p: Número de polos.

Cálculos para bobinados concéntricos.

Los bobinados concéntricos se

suelen realizar de una capa y conectados por polos consecuentes.

Amplitud del grupo. Se le llama amplitud del grupo, al número de ranuras que se encuentran en el interior de un grupo de bobinas. En la ecuación (1.6) se puede observar cómo se halla la amplitud del grupo para los bobinados concéntricos. m = (q — 1) × K pq

(1.6)

Donde: m: Amplitud por grupo. q: numero de fases. Kpq : Ranuras que ocupa el bobinado por polo magnético y por fase. Una observación importante a la hora de hacer el cálculo para bobinados concéntricos es la siguiente:  Si el número de bobinas por grupo (u) es un numero entero (n + 1/2), se colocan

alternativamente grupos de n bobinas y de n + 1 bobinas.

Cálculos para bobinados excéntricos o imbricados enteros. Se suelen realizar de una o dos capas, y se caracterizan por tener el número de ranuras por polo y fase entero (como se ilustra en la ecuación (1.7)). Kpq = número entero

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(1.7)

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II - BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA En los bobinados excéntricos o imbricados enteros. El ancho de bobina o paso de ranura (Yk) puede ser menor o igual al paso polar, como se indica en la ecuación (1.8). Yk Ç Yp

(1.8)

Cabe resaltar que:  En el bobinado de una capa, el paso de ranura debe ser impar.

Bobinados excéntricos o imbricados fraccionarios. Se ejecutan en dos capas y conectados por polos. Se caracterizan por tener el número de ranuras por polo y fase como un número fraccionario (u = A/B), siendo el número fraccionario irreducible y B múltiplo de 3. Para saber la distribución en el bobinado de los grupos de ranuras, se realiza una tabla de distribución:  En tres columnas se trazan B filas de A puntos.  Se traza una señal en el primer punto de la primera fila y en todos los que

distan de este B unidades. Las señales de la primera fila indican el número de ranuras que corresponden a cada fase del primer polo. Las señales de la segunda fila indican el número de ranuras que corresponden a cada fase del segundo polo, y así sucesivamente. El ancho de bobina o paso de ranura (Y k) puede ser menor o igual al paso polar, como se indica en la ecuación (1.8).

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Tomamos las siguientes medidas del motor en el laboratorio Datos: Numero de ranuras: 36 Numero de capas: 1 Numero de Polos: 2 Tipo de Bobinado: Concentrico Realizamos los siguientes cálculos del bobinado en el motor para obtener sus características respectivas. Numero de bobinas: 36/2 = 18 Numero de bobinas en serie: 36/(3x2) = 6 Numero de grupos: 3x2 = 6 Paso polar: 36/2 = 18 Esquema panorámico:

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CUESTIONARIO

1. Realizar el cálculo y representar panorámicamente del esquema lineal y circular de un motor de 30 y 18 ranuras para los polos que usted nomine de una capa o doble capa. MOTOR 30 RANURAS Datos: Numero de ranuras: 30 Numero de capas: 2 Numero de Polos: 6 Numero de bobinas: 30 = 30 Numero de grupos: 3x6 = 18 Paso polar: 30/6 = 5 Esquema Circular:

MOTOR 18 RANURAS Datos: Numero de ranuras: 18 Numero de capas: 2 18

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II - BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Numero de Polos: 6 Numero de bobinas: 18/2 = 9 Numero de bobinas en serie: 18/(3x2) = 3 Numero de grupos: 3x2 = 6 Paso polar: 18/2 = 9 Esquema Circular:

2. Diseñar el bobinado panorámico de un motor de 48 ranuras; para bobinado concéntrico y bobinado distribuido. BOBINADO IMBRICADO 48 POLOS

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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II - BOBINADO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA 3. Establecer las diferentes conexiones y las ventajas y desventajas entre ambos bobinados y sus conexiones para su funcionamiento. Concéntricos En los bobinados concéntricos las bobinas de un grupo polar son de diferentes tamaños, y se van situando sucesivamente unas dentro de las otras. En la figura se puede observar el bobinado concéntrico.

En este tipo de bobinado los pasos de bobina son diferentes de unas bobinas a otras. Los bobinados concéntricos pueden ser construidos tanto por polos como por polos consecuentes. La forma de ejecutar los bobinados de una y dos fases es por polos. Cuando se usa la conexión por polos consecuentes, el valor medio de los pasos de las bobinas de un grupo polar es igual al paso polar. En los bobinados trifásicos se realizan por polos consecuentes.

Imbricados Los bobinados imbricados están realizados con bobinas de igual tamaño y forma. En los bobinados imbricados, un grupo polar se obtiene conectando en serie varias bobinas de una misma fase, todas ellas correspondientes al mismo polo.

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Por esta razón, en estos bobinados hay que retroceder para conectar el final de una bobina con el principio de la siguiente (pues el final de una bobina está por delante del principio de la siguiente con la que se conecta). Cuando un bobinado imbricado es de una sola capa el paso de bobina medido en número de ranuras, debe ser impar. Esto se debe a que, como se muestra en las ranuras se van colocando alternativamente 21 el lado derecho de una bobina, el lado izquierdo de la otra bobina, el lado derecho y así sucesivamente. Por consiguiente, una bobina tendrá uno de sus lados en una ranura par y el otro en una ranura impar y el paso de bobina, es, pues, impar.

4. Como realiza la numeración o marca de los terminales de un bobinado para su conexión final y hacerlo funcionar.

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