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~;).

:IlI.'\ \' i ') i) '1;'•••.••.. I .. , ~ \ 1 . J '''J U

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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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

~2U 2V rw

Fig. 2.17. Transformador trifásico estrello-estrello. «Y-y».

-- ----~Yy

Dy

·1 Yd

I

+i

Zigzag «z»

Estrella «y»

Estrella «y»

Triángulo «d»

! Yz~__,~__~" ~ ~__._,~__~ 1_______ _ __ '_ ,

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».

L1 -.~------L2 •L3 ---t---t---'!--

2W

1W

2V

1V

•

1U

2U

L1 -lO-----­L2 --+--_--­L3 --+---+----

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.

g~'FL3 >---

.. 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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","2

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2 ",-x-3 "2

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11

.-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.

L1 ---..-.N-,----f-

111

1.---------------15 /2

1 p¡! '~¡:>: 152 A

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

EIIM

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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/ 1/ /1 1/ 1,;'1 /--

Ábaco I

3000

2000

1000

500

300

~200

e

"v\'e's."e~ 100Síe

'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

4 ooM

3 6NO

2 o'

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0,5

0,4

0,3

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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

i i I i/ I I

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1/

V

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0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

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"-."~ 0,3.Qu:>

-OeOu

a;-O

~E'oes

0,2

0,18

0,16

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,

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------ -_._------ --~

.' ~'.':!%!':,',~'.',','"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 ,_ , ,

~ 1" IT~I:J601~7tB I 9

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-

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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-

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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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.~ nii m¡en tod;é:'rnoQul na~

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

1_?5_....L~_-..J.-2~.J¡ 37 I 41 I 45 Ii".... .l...... L" " .." ..J

., 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 /

1'I i i I I ¡

,,,,,", I I 1 I I I~,:,~.. 11 II -~~ll i I I ".~ I 1

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)

/

1/

/R¡-.\

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~/::::f' // 1/

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____f-

e-»>

~

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.

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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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