3 Devanados

DEVANADOS DE LAS

MÁQUINAS DE CA

Máquinas Rotativas II 2013A - Ing.

Harold Diaz

Universidad del Valle

DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA

• Montaje Motor Eléctrico

• Proceso Devanado De Motor.

• Impregnación Barniz

• Máquina Para Hacer Devanados


Harold Diaz


../../../../Documents/Videos/4. Generador Motor Ac/Montaje motor elctrico.wmv

../../../../Documents/Videos/4. Generador Motor Ac/The Motor Winding Process at Brithinee Electric.webm

../../../../Documents/Videos/4. Generador Motor Ac/Introduction to Vacuum Pressure Impregnation (VPI) Brithinee Electric.webm

../../../../Documents/Videos/4. Generador Motor Ac/Bobinadora GMR Modelo I66 (RotoresInducidos).flv

DEVANADOS IMBRICADO DE LAS

MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.1 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo

Los devanados normalmente son en doble capa.

Si 𝑍 = 36, 𝑝 = 2, devanado trifásico Imbricado, 𝑚 = 3

𝑄 =𝑍

2∙𝑝=

36

2∙2= 9 𝑞 =

𝑍

2∙𝑝∙𝑚=

36

4∙3= 3 𝑄 = 𝑚 ∙ 𝑞 = 3 ∙ 3 = 9

Para un devanado de paso completo

𝑦1 = 𝜏 = 𝑄 = 9

𝑦1 = 𝜏


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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo

, z=36, p=2, m=3


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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA • EJEMPLO 3.2 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36,

p=2, m=3

Los devanados normalmente son en doble capa.

Si 𝑍 = 36, 𝑝 = 2, devanado trifásico ondulado, 𝑚 = 3

𝑄 =𝑍

2∙𝑝=

36

2∙2= 9 𝑞 =

𝑍

2∙𝑝∙𝑚=

36

4∙3= 3 𝑄 = 𝑚 ∙ 𝑞 = 3 ∙ 3 = 9


𝑦1 =7

𝑦1 = 7 < 𝑄 = 9

El paso ideal es aproximadamente:

𝑦1 =5

6∙ 𝑄 =

5

6∙ 9 = 7 ó 8


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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36, p=2, m=3


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Para en caso de los devanado imbricados con 𝑞 = 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜 se puede formar

𝑎 = 2 ∙ 𝑝 ramas en paralelo. Para en caso 𝑎 = 2 ∙ 2 = 4 ramas en paralelo.


Harold Diaz



En este caso es importante notar que todas las ramas poseen la misma magnitud y

ángulo de f.e.m. y también la misma impedancia. Esto es para garantizar que no

queden corrientes circulantes en el devanado. Máquinas Rotativas II 2013A - Ing.

Harold Diaz




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COMPARACIÓN ESTRELLA DE FEM

De aquí es evidente que al reducir el paso, los fasores de f.e.m. de las fases se

entrelazan, o lo que es lo mismo en algunas ranuras se hallan dos fases.

Para ambos devanados las

fases están a 120°. Pero la

magnitud del distribuido es

menor. Pero de mejor

forma sinusoidal.


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Las ventajas de los devanados de 2 capas son:

DEVANADO IMBRICADO TRIFÁSICO


Harold Diaz


Las desventajas de los devanados de 2 capas son:

DEVANADO IMBRICADO TRIFÁSICO


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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.1 – Devanado Trifásico Ondulado De Paso completo

Si 𝑍 = 36, 𝑝 = 3, devanado trifásico ondulado, 𝑚 = 3

𝑄 =𝑍

2∙𝑝=

36

2∙3= 6 𝑞 =

𝑍

2∙𝑝∙𝑚=

36

6∙3= 2 𝑄 = 𝑚 ∙ 𝑞 = 3 ∙ 2 = 6


𝑦1 = 𝜏 = 𝑄 = 6

𝑦𝑟𝑒𝑠 =𝑍

𝑝=

36

3= 12

𝑦2 = 𝑦𝑟𝑒𝑠 − 𝑦1 = 12 − 6 = 6


Harold Diaz


Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3


Harold Diaz


𝒚𝟏 = 𝟔

𝒚𝟐 = 𝟔

𝒚𝒓𝒆𝒔 = 𝟏𝟐



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Ejercicio

Tipo de devanado?

Z=

Q=

p=

m=

𝑦1=

𝑦2=

a=


Harold Diaz


Ejercicio

Tipo de devanado?


Harold Diaz


Ejercicio

Tipo de devanado?

Tipo de devanado?

Z=

Q=

p=

m=

𝑦1=

𝑦2=

a=


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DEVANADOS

• Apartados 3.3, 3.4 NO


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DEVANADOS F.E.M. DE ARMÓNICOS DE RANURA: La

apertura de las ranuras desfigura la forma de la

densidad de flujo de excitación provocando la

aparición de los armónicos de ranura.

Donde :

𝐵𝑐 =𝐵𝑚

𝑘𝛿

𝑘𝛿: factor de entrehierro

Donde los armónicos de ranura son:

𝑣 = 2 ∙ 𝑄 ∙ 𝑘 ± 1


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DENDIDAD DE FLUJO EN EL TIEMPO CON MÁQUINA EN VACÍO, IEXC 240 A

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700

Esapacio _(mm)

De

nd

ida

d d

e F

lujo

(T

esla

)

0 º

30 º

60 º

90 º

120 º

150 º

180 º

DEVANADOS F.E.M. DE ARMÓNICOS DE RANURA: estos

armónicos son estáticos con respecto al estator, peor

vistos desde el rotor, ellos se desplazan a la misma

velocidad del rotor, pero en sentido contrario.

Los armónicos de ranura inducirán f.e.m. de una

frecuencia 𝑣 ∙ 𝑓1, los pasarán casi en su totalidad ya

que el factor de 𝑘𝑑𝑒𝑣 es el mismo que el fundamental.

Una medida efectiva es el achaflanamiento


Harold Diaz


DEVANADOS F.E.M. DE ARMÓNICOS DE RANURA: se pueden achaflanar: 1) las ranuras del

rotor, que es lo más común en motores de inducción, 2) las ranuras del estator, se

hacia en el pasado, hoy en día poco visto, 3) la cara polar en máquinas sincrónicas,

realizado en la antigüedad, también poco visto hoy.

En el caso de las sincrónicas hoy en día se prefiere realizar lo mostrado en el

apartado siguiente.

El chaflan consiste en desplazar la ranura en una

distancia “c”


Harold Diaz


c

DEVANADOS F.E.M. DE ARMÓNICOS DE RANURA:

El factor de achaflanamiento será:

𝑘𝑎𝑐ℎ𝑎 =𝑠𝑒𝑛𝑜

𝑣 ∙ 𝑐𝜏

𝜋2

𝑣 ∙ 𝑐𝜏

𝜋2

y 𝑘𝑑𝑒𝑣 = 𝑘𝑑𝑖𝑠 ∙ 𝑘𝑟𝑒𝑑 ∙ 𝑘𝑎𝑐ℎ𝑎


Harold Diaz


DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.6 – Devanado Trifásico no congruentes - de “q”

fraccionario

En los devanados de q entero aparecen los armónicos de ranura

𝑣 = 2 ∙ 𝑄 ∙ 𝑘 ± 1

Esto es debido a que las fases son simétricas en todos los polos ej:

En los grandes generadores debido a que las bobinas son solidas no es

posible achaflanar y es preferible tener una “q” fraccionario.

Ahora q será:

𝑞 =𝑍

2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑚= 𝑎 +

𝑏

𝑐=

𝑎 ∙ 𝑐 + 𝑏

𝑐

Ejemplo: 𝑍 = 30 , 𝑝 = 2, 𝑚 = 3

𝑞 =30

2 ∙ 2 ∙ 3=

5

2= 2 +

1

2


Harold Diaz


DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.6 – Devanado Trifásico no congruentes - de “q”

fraccionario

𝑞 =𝑍

2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑚= 𝑎 +

𝑏

𝑐=

𝑎 ∙ 𝑐 + 𝑏

𝑐

Para “c” se prefiere 𝑐 = 2, 5 𝑜 7, a ≥ 2 y b lo más cercano al número entero.

Para que el devanado sea simétrico

𝑍

2 ∙ 𝑚= 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜


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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido


𝑄 =30

2∙𝑝=

30

2∙4=

15

4 𝑞 = 𝑎 +

𝑏

𝑐=

30

2∙4∙3=

30

8∙3=

5

4= 1 +

1

4


Se ubican los polos y la secuencia de fases


Harold Diaz


c

c-b b

c

c-b b

DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido

𝑞 = 𝑎 +𝑏

𝑐=

5

4= 1 +

1

4 𝑄 =

15

4= 3,75

El paso ideal es aproximadamente:

• 𝑦1 =5

6∙ 𝑄 =

5

6∙

15

4= 3,125 → 3 𝑜 4 𝑦1 = 3


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c c

b c-b b c-b

EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido


Harold Diaz


𝑦1 = 3



Harold Diaz




Harold Diaz



En un devanado fraccionario si 𝑀𝐶𝐷 (𝑍 ; 𝑝) = 𝑡 𝑀𝐶𝐷 (30 ; 4) = 2

Entonces cada 𝑝

𝑡= 2 pares de polos se hallarán conductores que poseen la

misma f.e.m.

𝒑

𝒕= 𝟐


Harold Diaz


El ángulo entre ranuras será

𝛼 =𝑝 ∙ 360

𝑧=

4 ∙ 360

30= 48°

El ángulo entre vectores contiguos de la estrella de f.e.m. será

𝛼´ =𝑡 ∙ 360

𝑧=

2 ∙ 360

30= 24°

Si el número de vectores de f.e.m. es impar el ángulo entre vectores se duplica

𝛼´´ =𝑡 ∙ 360

2 ∙ 𝑧=

2 ∙ 360

2 ∙ 30= 12°


Harold Diaz


EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado

De Paso Reducido

Hallar la serie, Q, q

Playas Si Z=252, p=10, m=3

Nima Si Z=78, p=4, m=3

Salvajina Si Z=300, p=20, m=3

Guatape Si Z=204, p=7, m=3


Harold Diaz


EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Ondulado

De Paso Reducido


EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Ondulado De Paso Reducido


𝑄 =𝑍

2∙𝑝=

33

2∙5=

33

5 𝑞 = 𝑎 +

𝑏

𝑐=

33

2∙5∙3=

11

10= 1 +

1

10




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c

b c-b



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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Ondulado De Paso Reducido


𝑄 =𝑍

2∙𝑝=

468

2∙12=

39

2 𝑞 = 𝑎 +

𝑏

𝑐=

468

2∙12∙3=

13

4= 1 +

1

10




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Harold Diaz


LOS MATERIALES EMPLEADOS



Harold Diaz


Primordialmente, el devanado consta de dos

elementos: conductores y aislantes. El conductor

vendrá hacer de un tipo de alambre especial,

conocido como alambre magneto, y vendrá

recubierto de una capa de material aislante.

• La más alta conductividad posible

• El menor coeficiente posible de temperatura

por resistencia eléctrica

• Una adecuada resistencia mecánica

• Deben ser dúctiles y maleables

• Tener una adecuada resistencia a la corrosión


Cuña retención

Devanado

Amortiguador

Aislamiento

Amortiguador

Conductor

Aislamiento

entre Espiras

Ranuras

Refrigeración

Aislamiento a

Tierra

Diente

Aislamiento

Amortiguador



Corte transversal Devanados de

Dos capas Múltiples conductores

elementales- Dos espiras.


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una capas Múltiples conductores

elementales- una espira.


Harold Diaz





una capa Múltiples conductores

elementales- una sola espira.


una capa Múltiples conductores

elementales- Varias espiras.


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Harold Diaz


Los materiales empleados como conductores, deben ser de alta conductividad, ya

que con ellos se fabrican las bobinas, los requisitos fundamentales que deben de

cumplir los materiales conductores son los siguientes:

• Cobre: El cobre es probablemente el material mas ampliamente usado como

conductor, ya que combina dos propiedades importantes que son: alta

conductividad con excelentes condiciones mecánicas y además tiene una

relativa inmunidad a la oxidación y corrosión bajo ciertas condiciones de

operación, es altamente maleable y dúctil. Ver tabla de características de los

conductores de cobre y aluminio

•

• Aluminio: El aluminio esta ganando cada vez mas terreno en el campo de la

aplicación para un gran número de aplicaciones a la ingeniería, otra razón es la

gran demanda de conductores que no se puede satisfacer solo con conductores

de cobre y asociado a esto se tiene el problema de los costos. El aluminio puro

es más blando que el cobre y se puede fabricar en hojas o rollos laminados

delgados, debido a sus características mecánicas el aluminio no se puede

fabricar siempre en forma de alambre. En la actualidad el aluminio se usa con

frecuencia en la fabricación de bobinas para transformadores. Véase tabla de

características de los conductores de cobre y aluminio




Harold Diaz


Aislantes

Para los motores es primordial e insustituible el uso de aislantes, puesto que por

sus propiedades se sabe que no son conductores de la electricidad, por lo que es

de suma importancia su aplicación, ya que en algunas partes es necesario que

solo tenga contacto magnético y no eléctrico, entre los mismos devanados, es

decir, cada espira debe estar aislada eléctricamente de las otras.

Los aislantes según sus propiedades y las temperaturas máximas que resisten se

clasifican de la siguiente manera:

NEMA Clase A: (105 º C límite de temperatura comprendido a 40 ºC ambiente

o 65 º C rise) Comprende materiales fibrosos, a base de celulosa o seda

saturados con líquidos aislantes y otros materiales como: algodón, seda y papel

convenientemente impregnado, revestido o inmerso en liquido dieléctrico tal

como aceite. Otros materiales o combinación de materiales se pueden incluir

dentro de esta clase, por experiencia o de pruebas de aceptación, mostrando que

pueda operar a 105 ºC.



Harold Diaz


Aislantes

NEMA Clase B: (130 º C límite de temperatura comprendido a 40 ºC ambiente o

90 º C rise) Comprende materiales como: mica, fibra de vidrio, poliéster y

poliamídicos aglutinados con materiales orgánicos o saturados como el asbesto,

etc.,. Otros materiales o combinación de materiales no necesariamente

inorganicos, se pueden incluir dentro de esta clase, por experiencia o de pruebas

de aceptación, mostrando que pueda operar a 130 ºC.

NEMA Clase F: (155 º C límite de temperatura comprendido a 40 ºC ambiente o

115 º C rise) Comprende materiales a base de mica, amianto y fibra de vidrio

aglutinados con materiales sintéticos, por lo general con siliconas, poliésteres o

epóxidos, etc.,. Otros materiales o combinación de materiales no necesariamente

inorgánicos, se pueden incluir dentro de esta clase, por experiencia o de pruebas

de aceptación, mostrando que pueda operar a 155 ºC.

NEMA Clase H: (180 º C límite de temperatura comprendido a 40 ºC ambiente o

140 º C rise) Comprende materiales a base de mica, asbestos o fibra de vidrio

aglutinados con siliconas de alta estabilidad térmica elástica natural o sintética,

etc., con sustancias aglomerante adecuadas tal como resinas siliconadas. Otros

materiales o combinación de materiales no necesariamente inorgánicos, se

pueden incluir dentro de esta clase, por experiencia o de pruebas de aceptación,

mostrando que pueda operar a 155 ºC.



Harold Diaz


BARNICES

Son soluciones de resinas naturales o sintéticas (con o sin aceite), con adecuados

solventes, que aplicados sobre una superficie forman una película aislante uniforme.

Se trata de materiales que se encuentran al estado líquido o plástico solamente

antes de su empleo y son aplicados tanto a los aislantes sólidos elementales y sus

conductores, como así también al conjunto de un arrollamiento, para mejorar las

características dieléctricas, mecánicas y térmicas.

La aplicación de los barnices tiene por finalidad conferir a los aislantes que

conforman un determinado aislamiento, o bien a los distintos devanados, las

siguientes características:

• sustituir el aire que se encuentra en los intersticios del aislamiento

• aumentar la rigidez dieléctrica y reducir la higroscopicidad,

• mejorar la calidad mecánica (vibraciones, esfuerzos electrodinámicos) y la

resistencia a la acción de los agentes externos (ambientes corrosivos etc.),

• aumentar la resistencia al calor y la conductibilidad térmica del conjunto,

• prolongar la duración de la vida de los arrollamientos.



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BARNICES

Para lograr estas condiciones es necesario que los barnices posean las siguientes

cualidades:

• ser buenos aislantes

• formar películas homogéneas impermeables y resistentes a los agentes

externos,

• poseer un buen poder penetrante y cementante

• soportar por largo tiempo la temperatura de funcionamiento de las

máquinas o de los aparatos sin apreciable degradamiento de sus cualidades

• poseer una buena conductibilidad térmica y ser de fácil aplicación.

3 Devanados

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