UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

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EMBOBINADO EN MQUINAS DE CA

1.- PROBLEMACmo disear un embobinado trifsico de paso diametral en simple capa?2.- INFORMACIN TERICALa relacin entre cantidades elctricas y mecnicas en el embobinado de un estator est dada por: (1)

Donde P es el nmero de polos. Y la relacin entre la frecuencia elctrica fe (en Hz) con la velocidad mecnica n resultante de los campos magnticos (velocidad sincrnica) en rpm ser:(2)

El paso polar p es la distancia angular entre 2 polos adyacentes de una mquina, en grados mecnicos se expresa como:(3)

Sin tener en cuenta el nmero de polos de la mquina, un paso polar es siempre 180 elctricos. Si la bobina del estator se alarga a travs del mismo ngulo que el paso polar, se denomina bobina de paso diametral, y si es menor que un paso polar, se llama bobina de paso fraccionario, o embobinado encordado.El esquema de un devanado comienza determinando el nmero de ranuras por polo y por fase de la mquina. Si se denomina K al nmero de ranuras del estator, m al nmero de fases, y P al nmero de polos que deseamos que se formen, entonces el nmero de ranuras por polo y fase q se determinara mediante la ecuacin:(4)

Si se dispone de un estator de 18 ranuras y se desea disear un devanado trifsico en simple capa de 6 polos q = 18/(6x3) = 1. Conocido este valor, se pinta de diferentes colores las ramas de bobina que estn en las ranuras de tal modo que si q=1, se pinta la rama de la bobina que existe en la ranura 1 con el color claro oscuro, a continuacin la ranura siguiente 2 ser de color claro y la siguiente 3 de color blanco, y as sucesivamente hasta pintar todas las ranuras o ramas de bobina en el estator, tal como se ha sealado en de la figura 1. Si q llega a ser igual a 2, entonces habr que dibujar las dos primeras ramas de color oscuro, las dos siguientes de color claro. y las dos siguientes de color blanco, extendindose a todas las ramas del estator y de forma anloga para cualquier otro valor de q.

Una vez realizada esta operacin, el dibujo seala como deben ser las bobinas. As en la figura.1 tienen el mismo color oscuro las ramas de bobina situadas en las ranuras 1, 4. 7, 10. 13, y 16. Se forman de este modo tres bobinas por fase: la primera ira de la ranura 1 a la 4, la segunda de la ranura de 7 a la 10 y la tercera de la ranura 13 a la 16. Esta primera fase del devanado que tiene color oscuro comienza en la ranura 1 de la primera bobina de esta fase y se designa como terminal U1 y su final que est en la ranura 4 se debe unir con el principio de la segunda bobina de esta fase (que est situado en la ranura 7) y el final de este que est en la ranura 10 se debe unir con el principio de la bobina tercera que est en la ranura 13 y su final, que est en la ranura 16, ser el terminal de la primera fase y se designa por U2. Esta forma de conectar las bobinas de una misma fase se conoce con el nombra de conexin por polos consecuentes.

Figura 1. Esquema de un devanado trifsico de paso diametral en simple capa

Obsrvese que si el estator tiene 18 ranuras, el ngulo mecnico entre dos ranuras consecutivas es m = 360/18 = 20, y segn la ecuacin (1) cl ngulo elctricos ser: e = 6x20/2 = 60. Al dibujar el devanado de la segunda fase del motor; que debe estar desfasado 120 elctricos respecto a la fase anterior (dibujada en oscuro), lo que equivale a dos ranuras, por lo que el principio de la segunda fase correspondiente al terminal V1 del motor estar separado dos ranuras del comienzo del devanado de la primera fase, y como este terminal U1 est situado en la ranura 1, el terminal V1 estar situado en la ranura 3. Sabiendo donde comienza la segunda fase, se forman las bobinas que las componen (color blanco): la primera est entre las ranuras 3 y 6, las segunda entre la 9 y la 12 y la tercera entre la 15 y la 18. Las uniones entre ellas son: el final de la primera bobina que est situada en la ranura 6 se unir con el principio de la siguiente situada en la ranura 9 y el final de esta que est en la ranura 12 con el principio de la siguiente que est en la ranura 15 y su final que est en la ranura 18, indicara el terminal de la segunda fase V2 tal como se indica en la figura 1.

De modo anlogo se dibuja el devanado de la tercera fase del motor que estar separado 120 elctricos (es decir dos ranuras) respecto a la fase anterior y como esta empieza en la ranura 3, la tercera fase debe comenzara en la ranura 5 y se seala corno terminal W1. Sabiendo donde comienza esta tercera fase, se forman las bobinas que la componen (color blanco): la primera estar entre las ranuras 5 y 8, la segunda entre la 11 y la 14 y la tercera entre la 17 y la 2 (ver figura 1). Las uniones entre ellas son: el final de la primera bobina que est situada en la ranura 8 se unir con el principio de la siguiente situada en la ranura 11 y cl final de esta que est en la ranura 14 con el principio de la siguiente que est en la ranura 17 y su final que est en la ranura 2, indicara cl terminal de la tercera fase W2

A continuacin debe comprobarse que este devanado al alimentarse con corriente trifsica produce los 6 polos requeridos; para ello en la figura 2 se muestra a las tres tensiones de un sistema trifsico. Obsrvese que en cualquier instante de tiempo, siempre hay dos tensiones del mismo signo y otra contraria. Por ejemplo, en el instante ti, mientras las tensiones VRN y VSN son positivas, la VTN es negativa. Esta propiedad se emplea para verificar las conexiones de las bobinas y comprobar que se forman los polos deseados: Para ello se sealan con flechas los sentidos de las corrientes en los distintos lados activos de las bobinas.

Para el instante ti al ser las tensiones VPN y VSN positivas (alimentan a las fases U1-U2 y V1-V2) y la tensin VTN negativa (alimenta a la fase W1-W2), se deber recorrer la primera fase desde su principio U1 hasta su final U2, la segunda fase desde sus principio V1 hasta su final V2 y la tercera fase desde su final W2 hasta su principio W1. De este modo se obtiene los sentidos de las corrientes en los lados activos de la bobinas que se indican la figura 1 y que dan lugar a los 6 polo requeridos (obsrvese que en las tres primeras ramas. las corrientes van abajo hacia arriba, en las tres siguientes de arriba abajo, etc.).

Figura 2. Sistema de tensiones trifsicas

3.- HIPTESISAprenderemos lo bsico de cmo realizar un embobinado trifsico de simple capa por polos y polos consecuentes.

4.- INSTRUMENTOS Y MATERIALES Maqueta de una mquina trifsica Papel y colores

5.- DISEO EXPERIMENTALEn funcin del nmero de grupos por fase los devanados sern:a) POR POLOS: Cuando el nmero de grupos por fase es igual al nmero de polos de la mquina y se conecta final con final (f,f) y principio con principio (p,p).

Figura 3. Devanado por polos

b) POR POLOS CONSECUENTES: Cuando el nmero de grupos por fase es la mitad que el nmero de polos de la mquina, y se conecta final con principio (f,p) y principio con final (p,f).

Figura 4. Devanado por polos consecuentes

6.- REALIZACIN DEL EXPERIMENTO6.1.- Partes de una Maquina Trifsica:En la maqueta de la maquina trifsica, identifique en el rotor el nmero de polos, y en el estator identifique el nmero total de ranuras. Y cuantas ranuras abarca cada bobina (ancho de bobina).6.2.- Esquema de un embobinado trifsico de paso diametral en simple capa: Para el estator de la maqueta de la maquina trifsica determinar el nmero de ranuras por polo y fase q y el ngulo elctricos entre ranuras. Luego utilizar la informacin anterior para dibujar el esquema de su embobinado.

7.- ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS7.1.- Con el nmero de polos calcular el paso polar del rotor de la maqueta de la mquina trifsicaEl nmero de polos de la mquina de la maqueta es de 12. Entonces con la ayuda de la ecuacin (3) calculamos el paso polar:

7.2.- Para el estator de la maqueta de la mquina calcular: En las bobinas de las bobinas (paso de ranura). Indicar en funcin de la amplitud de las bobinas que tipo de embobinado representa.

Cul debe ser la velocidad sincrnica para una frecuencia de 60 Hz.Haciendo uso de la ecuacin () hallaremos la velocidad sincrnica:

7.3.- El embobinado del estator de la maqueta de la mquina trifsica, es por polos o por polos consecuentes. ExplicarEs por polos consecuentes, 7.4.- Para el mismo estator de la maqueta de la prctica y con un devanado simple capa por polos consecuentes, dibuje el esquema del embobinado del estator si el rotor fuera de seis polos

7.5.- Repita el tem 3 para un devanado simple capa por polos

8.- CONCLUSIONES 9.- TRANSFERENCIA1.- Realizar una revisin bibliogrfica sobre la clasificacin de los embobinados de las mquinas de corriente alterna.A.-Conexin de los conductores activos de una bobina. Tipos de bobinadosSean los conductores activos A B C D E F que se encuentran bajo dos polos de nombre contrario y son consecutivos, nos encontramos que los podemos conectar de dos formas distintas manteniendo igual f.e,m. resultante entre principio y final de cada grupo.

Esto permite dividir los bobinados en dos grandes grupos:Bobinados Concntricos; Son aquellos bobinados en los lados activos de una misma fase situados frente a polos consecutivos, son unidos por cabezas concntricas formando as verdaderos grupos de bobinasBobinados Excntricos: Son aquellos en los cuales los lados activos de una misma fase situados frente a polos consecutivos irn unidos mediante un solo tipo de cabezas de forma que el bobinado est constituido por un determinado n de bobinas iguales.B.-Bobinados por polos y por polos consecuentes: Segn el n de grupos que conforman cada fase de los bobinados de C.A. se clasifican en:Bobinados por polos: Son aquellos bobinados en los que en cada fase hay tantos grupos como n de polos, por lo tanto:Gf = 2p G = 2pqLas f.e.m generadas son alternativamente de sentido contrario, de manera que si en un grupo el sentido es horario, en el siguiente ser antihorario.Bobinados por polos consecuentes; Un bobinado se dice ejecutado por polos consecuentes cuando el n de grupos que lo componen es igual al n de pares de polos.Por tanto tendremos:Gf = p G = pqLa caracterstica constructiva de estos bobinados es que todos los lados activos de una misma fase colocados bajo un mismo polo, son unidos a los lados activos de esa misma fase situados frente a un slo polo vecino al primero, sea el anterior o el posterior.Esto da lugar a que todos los lados activos de los grupos de una misma fase, generen f.e.m.s, con el mismo sentido instantneo, bien sea horario o antihorario.

2.- Por qu excepto en mquinas muy pequeas es preferible los embobinados de doble capa?

3.- Con un estator de 12 ranuras y con un devanado de paso diametral doble capa dibuje el esquema del embobinado de un motor trifsico de dos polos.

LABORATORIO DE MQUINAS ELCTRICAS I