manual de devanado de motores trifasicos

8/20/2019 Manual de Devanado de Motores Trifasicos

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INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICODIRECCIÓN GENERAL DE FORMACION PROFESIONAL

DEPARTAMENTO DE CURRÍCULO

MANUAL PARA EL PARTICIPANTEDEVANADO DE MOTORES TRIFASICO

ESPECIALIDAD: ElectricidadINSTRUCTOR: Roberto José Oviedo Díaz

MODO DE FORMACION: Aprendizaje

Marzo, 2009


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INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO (INATEC)DEPARTAMENTO DE CURRÍCULUM

Unidad de Competencia:

ü Devanado de Maquinas Eléctricas

Elementos de Competencias:

ü Devanado de Motores Trifásicos

Marzo, 2009


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ÍNDICE

Introducción .............................................................................................................................. 5Objetivo General ....................................................................................................................... 5

Objetivos Específicos ............................................................................................................... 5Recomendaciones Generales .................................................................................................. 6UNIDAD I: INTRODUCCION AL DEVANADO DE MOTORES TRIFASICOS .......... .................. 71.- INTRODUCCION ................................................................................................................... 72. FUNCIONAMIENTO Y ESTRUCTURA DEL MOTOR TRIFASICO ........................................ 73.- CLASIFICACION DE LOS MOTORES ASINCRONICOS TRIFASICOS ............................... 83.1. Motores de rotor tipo jaula de ardilla................................................................................ 83.2.- ‘Motores de rotor bobinado y anillos rozantes ............................................................... 94.- CONEXION DE MOTORES TRIFASICOS PARA VARIAS TENSIONES ............................ 104.1.- Bobinado en conexión triángulo (A).............................................................................. 104.2.- Bobinado en conexión estrella ...................................................................................... 125.- COMPONENTES DE UN ARROLLAMIENTO ..................................................................... 136.- DATOS PARA LA EJECUCION DE UN ARROLLAMIENTO ....................................... ....... 14

6.1.- Etapas del bobinado de una máquina rotativa ............................................................. 146.2.- Plan de arrollamiento ..................................................................................................... 147.- TIPOS DE BOBINADO........................................................................................................ 157.1.- Devanados Concéntricos: Tipo Semicorona ................................................................ 157.2- Devanados excéntricos (Imbricados): Tipo corona ...................................................... 157.3.- Conexión de los bobinados ........................................................................................... 16Conexión por polos consecuentes ........................................................................................ 16Conexión por polos normales................................................................................................ 178.- CÁLCULO Y DISTRIBUCION DE LOS BOBINADOS DE MOTORES TRIFASICOS.......... 178.1.- Cálculo y distribución de un arrollamiento de motor trifásico con devanadoconcéntrico (bobinado semi-corona): ................................................................................... 178.2.- Cálculo y distribución de un arrollamiento de motor trifásico con devanadoexcéntrico (Bobinado corona). .............................................................................................. 27

9.- CALCULO DE UN MOTOR TRIFASICO A PARTIR DEL HIERRO..................................... 369.1.- Definición de la potencia nominal de un motor asincrónico trifásico ........................ 409.2.- Método # 1 (con placa de característica). ..................................................................... 479.2.1.-Datos de la placa y dimensiones del núcleo. .............................................................. 479.2.2.-Calcular el número de conductores por ranuras ........................................................ 479.2.3.- Para calcular la sección del conductor ...................................................................... 479.3.- Método # 2 (sin placa de característica). ....................................................................... 489.3.1.-Fundamentos ................................................................................................................ 489.3.2.- Selección de los parámetros de cálculo. ................................................................... 48- Factor de potencia: ............................................................................................................... 49- Pérdidas en el hierro: ........................................................................................................... 49- Capacidad de sobrecarga: ................................................................................................... 49- Densidad eléctrica total........................................................................................................ 49

9.3.3.-Proceso de cálculo ....................................................................................................... 5410.- MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS DE VARIAS VELOCIDADES .................... ....... 6110.1.- Fundamentos de la conexión para un motor de dos velocidades con ..................... 62un solo bobinado (Motor en conexión Dahlander) ............................................................... 6210.1.2.- Normas para la ejecución de un bobinado en conexión Dahlander ....................... 6210.1.3 Hay dos posibilidades para conectar los devanados en altas y en bajasvelocidades ............................................................................................................................. 6310.2.- Motor de dos devanados independientes en el estator ............................................. 65


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10.3.- Motores de dos arrollamientos independientes conectados cada uno enconexión Dahiander. ............................................................................................................... 6611.- MOTORES TRIFASICOS CON BOBINADO FRACCIONARIOS. ..................................... 6711.1.- Bobinados simétricos .................................................................................................. 6711.2.- Proceso de cálculo para un bobinado fraccionario ................................................... 69EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN ................................................................................... 74GLOSARIO............................................................................................................................... 76

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 78


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Introducción

El manual del participante “Devanado de Motores Trifásicos”, pretende quelos(as) participantes adquieran las destrezas y habilidades necesarias paradevanar máquinas rotativas o motores trifásicos en la practica, aplicando

procedimientos técnicos.

El manual contempla dos unidades modulares, presentadas en orden lógico loque significa que inicia con los elementos más sencillos hasta llegar a los máscomplejos.

El manual del participante está basado en sus módulos y normas técnicasrespectivas y corresponde a la unidad de competencia “Devanador deMaquinas Eléctricas” de la especialidad de técnico en electricidad y seabordará en un total de 320 horas.

Se recomienda realizar las actividades y los ejercicios de auto evaluación para

alcanzar el dominio de la competencia: Devanador de motores trifásicos.

Para lograr los objetivos planteados, es necesario que los(as) y lasparticipantes tengan en cuenta los tipos de devanado que se efectúan en unmotor Trifásico y las diferentes operaciones de trabajo que se realizan paralograr la objetividad de acuerdo a las normas técnicas y de seguridadestablecidas.

Objetivo General

Realizar devanado de motores monofásicos de uso industrial de acuerdo a susaplicaciones técnicas

Objetivos Específicos

Explicar correctamente principio de funcionamiento del motor monofásico apartir de aplicación de los fenómenos electromagnético.

Enumerar correctamente partes en que está compuesto un motor monofásicode acuerdo a su estructura y funcionamiento.

Calcular correctamente devanado de un motor monofásico, aplicando métodos

normalizados.

Devanar correctamente bobinados de motores Monofásicos, aplicando normasy procesos estandarizados.


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Recomendaciones Generales

Para iniciar el estudio del manual, debe estar claro que siempre tu dedicación yesfuerzo te permitirá adquirir la unidad de competencia a la cual responde elMódulo Formativo de devanado de motores trifasicos.

ü Al iniciar el estudio de los temas que contiene el manual, debe estar claroque tu dedicación y esfuerzo te permitirá adquirir la competencia a la cualresponde el módulo formativo.

ü Al comenzar un tema, debes leer detenidamente los objetivos yrecomendaciones generales.

ü Trate de comprender las ideas y analícelas detenidamente, para larealización objetiva de los ejercicios de auto evaluación.

ü Consulte siempre al instructor, cuando necesite alguna aclaración.

ü Amplíe sus conocimientos con la bibliografía indicada u otros textos queestén a su alcance.

ü A medida que avance en el estudio de los temas, vaya recopilando susinquietudes o dudas sobre éstos, para solicitar aclaración durante lassesiones de clase.

ü Resuelva responsablemente los ejercicios de auto evaluación.


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UNIDAD I: INTRODUCCION AL DEVANADO DE MOTORESTRIFASICOS

1.- INTRODUCCIONLos motores asíncronos o motores de ¡inducción son las máquinas deimpulsión eléctrica más utilizadas, ya que son sencillos, seguros y baratos.

El mayor campo de aplicación de estos motores es en el accionamiento de:Taladradoras tornos, cepilladoras, sierras circulares, fresadoras, etc.2. FUNCIONAMIENTO Y ESTRUCTURA DEL MOTOR TRIFASICOEn los motores asincrónicos trifásicos, la energía eléctrica se suministra albobinado del motor, el cual está colocado en un núcleo de chapas de hierrodulce o de acero al silicio.Estas máquinas se componen básicamente de las siguientes partes: A) La carcasa:La cual contiene un paquete de chapas magnéticas (núcleo) en cuyas ranurasse coloca el devanado formado por una serie de bobinas separadas odespiezadas entro sí 120° eléctricos en el paquete de chapas magnéticas delestator.B) Bobinado:En dicho devanado formado por tres grupos de bobinas desplazadas por 120grados eléctricos se genera la corriente eléctrica trifásica suministrada por lared de alimentación que representa las tres corrientes alternas condesfasamiento temporal de 120 grados eléctricos encadenados creando uncampo de rotación electromagnético. Dicho campo de rotación gira con unnúmero de revoluciones que depende del número de polos en el estator y de lafrecuencia de la red. A la vez el sentido de giro de este campo depende del orden de sucesión delar; fases con respecto a las corrientes en las bobinas, puse este sentido degiro se puede invertir cuando se intercambian dos fases de alimentación.


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3.- CLASIFICACION DE LOS MOTORES ASINCRONICOS TRIFASICOSLos motores asincrónicos se clasifican según el tipo de rotor:a) Motores de rotor t ipo jaula de ardillab) Motores de motor bobinado y anillos rozantes.3.1. Motores de rotor tipo jaula de ardilla

El motor asíncrono trifásico con rotor en cortocircuito se conoce también comomotor trifásico con rotor de jaula o como motor trifásico con inducido encortocircuito.En el paquete de chapas magnéticas del inducido se tienen varillas de cobre oaluminio puestas en cortocircuito en las salidas correspondientes del paquetede chapas por medio de un anillo de cortocircuito; las varillas y el anillo decortocircuito forman una jaula.El campo de rotación del estator induce una tensión en las varillas del rotor.Debido a los anillos de cortocircuito, circula por el rotor una corriente deinducción. La corriente del rotor forma con el campo rotatorio del estator un par motor. El número de revoluciones del rotor es siempre menor que él del camporotatorio al ceder el par motor, es decir, los dos números de revoluciones son

asincrónicos.De lo anterior deducimos lo siguiente:• Sobre el rotor de un motor aparece un par que actúa en el sentido del campogiratorio; girando este con una frecuencia menor que la del campo magnético(asincrónicamente).• Dicho sentido de giro del rotor solo puede invertirse cambiando el sentido degiro del campo magnético


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3.2.- ‘Motores de rotor bobinado y anillos rozantesEl motor de anillos rozantes también pertenece al grupo de los motoresasíncronos trifásicos. La estructura y el funcionamiento concuerdan con laestructura y funcionamiento de las máquinas asíncronas trifásicas,exceptuando la estructura del rotor.En el paquete de chapas magnéticas se encuentra el carrete del rotor. Consta,casi siempre, de tres devanados en conexión en estrella. El punto-estrella estáconectado en el interior del carrete. Los extremos de los devanados seconducen por tres anillos colectores montados aisladamente sobre el eje del


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rotor. Por medio de tres escobillas de carbón y sus correspondientes líneas, losanillos rozantes están conectados con el tablero de bornes del rotor montadoadicionalmente. Las caracterizaciones de conexión son K, L y M.Las máquinas-herramientas pesadas y muy pesadas con regulación limitadadel número de revoluciones o los accionamientos con alto momento dearranque, tales como funiculares aéreos, centrifiguradoras, aparejos y grandes

ventiladores, se equipan con motores trifásicos de anillos rozantes.Con el correspondiente arranque, se puede lograr que la corriente de arranquesea casi igual a la corriente de servicio; por tanto, el campo de aplicación sonaccionamiento en redes que no permiten altas corrientes de arranque.Como ventaja de este tipo de motor, sobre el motor de rotor en cortocircuito esel hecho de que es posible variar la velocidad, variando la resistencia delcircuito del rotor, conectando resistencias adicionales los principios deldevanado del rotor o sea a los terminales K, L y M. ya que estos son accesiblesdesde el exterior a través de los anillos rozantes.

4.- CONEXION DE MOTORES TRIFASICOS PARA VARIAS TENSIONESBásicamente para la conexión de un motor trifásico existen dos formas deconectar su bobinado; estas son:- Bobinado en conexión triángulo (Delta).- Bobinado en conexión estrella4.1.- Bobinado en conexión triángulo (A)Esta conexión consiste en conectar las fases del motor de la forma siguiente.


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El comportamiento de las magnitudes de la tensión y la intensidad es lasiguiente:

Para la tensión eléctrica tenemos:Se dice que la tensión de línea en un motor trifásico en conexión triángulo esigual a la tensión de fase.

Para la intensidad de corriente eléctrica tenemos:Se dice que la corriente eléctrica de línea en un motor trifásico igual a 1 .73veces por la intensidad de fase.en conexión delta es


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4.2.- Bobinado en conexión estrellaEsta conexión en un motor trifásico consiste en unir los finales de las fases (U2,V2, W2), (4, 5, 6); (X, Y, Z) en un solo punto quedando libre los principios (U1,V1, W1); (1, 2, 3); (U, V, W) los cuales se conectaran a la red de alimentacióntrifásica.

El comportamiento de las magnitudes de la tensión y la intensidad es la

siguiente:Para la tensión eléctrica tenemos:Se dice que la tensión de línea en un motor trifásico en conexión estrella esigual a:


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5.- COMPONENTES DE UN ARROLLAMIENTOLos arrollamientos están formados por el conjunto menos complejos.Están compuestos a la vez por otras partes más conductor elemental que en lamayoría de los casos de esmalte de aislante.

Bobinas:En la práctica el elemento del arrollamiento más sencillo es la bobina simple.Una bobina simple esta constituida por un hilo conductor provisto por unaislante, que es arrollado sobre si mismo un número previsto de veces (vueltas,espiras).Es característica de una bobina, simple que el conductor o su forma escontinuo, solamente tiene un principio y un final; sin ninguna conexiónintermedia, o añadiduras.Una bobina consta de dos terminales, dos lados de bobina y dos cabezas debobinas.Lados de bobina:Son los dos extremos que se incrustan en la ranura del rotor o del estator,ambos lados tienen el mismo lado de conductores y coinciden con el númerode vueltas, es en este lugar donde se genera tensión eléctrica en el caso de losgeneradores.Cabezas de bobinas:Son las partes salientes de las bobinas y las cuales tienen como función unir los lados de las bobinas exclusivamente con lo cual se logra la suma de lastensiones generales (caso del generador) o se transmite corriente a la siguienteespira en el caso de los motores.


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Conexiones entre bobinas: Al igual que cualquier conductor dos o más bobinas se pueden conectar enserie, en paralelo o con derivación central para más de una velocidad.

6.- DATOS PARA LA EJECUCION DE UN ARROLLAMIENTO6.1.- Etapas del bobinado de una máquina rotativaEl proceso de bobinado de una máquina eléctrica rotativa consta en la mayoríade os casos en tres (3) etapas bien diferenciadas. A) Construcción de las bobinas y de los grupos que compondrán elarrollamiento total. B) Preparación y aislamiento de las ranuras de lasmáquinas, donde se alojaran loslados de las bobinas.C) Colocación de las bobinas y conexión de las mismas.Para poder realizar cada una de las etapas mencionadas el bobinador precisaconocer una serie de datos previos al arrollamiento, tales como:• Diámetro de los conductores y clase de aislamiento que lleva• Número de conductores por bobina• Dimensiones de las bobinas y forma geométrica

• Número de bobinas y grupos de bobinas• Paso del devanado• Esquema de las conexiones a realizar y distribución del bobinado• Dimensiones de las ranuras.6.2.- Plan de arrollamientoEs una representación esquemática dibujada en un plano de las ranuras delrotor o del estator donde se han de insertar los devanados. Así como las de las bobinas y grupo tal como quedarán dispuestas al concluir el arrollamiento, indicando también las conexiones pertinentes.6.3. Clasificación de los arrollamientos de corriente alternaLos devanados de estator de los motores de inducción pueden clasificarse endos categorías básicas:

- Devanados para ranuras semicerradas- Devanados para ranuras abiertasPuede decirse que se tiende a favorecer el uso de ranuras semicerradas, conlo cual se obtiene un mejor aprovechamiento del material magnético, mientrasque desde el punto de vista de la fabricación podría considerarse que es másfácil el embobinado cuando las ranuras están completamente abiertas, y queresulta más sencilla la colocación de las bobinas.


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En la práctica se emplea el primer tipo de devanado en motores hasta de 300hp. que trabajen a baja tensión, lo cual lo hace el tipo más ampliamenteaplicado.En motores de mayor capacidad o para tensiones superiores a 600 y. esnecesario utilizar bobinas preformadas con la particularidad de que solopueden insertarse en ranuras abiertas. Este último sistema tiene la ventaja se

que las bobinas quedan perfectamente aisladas antes de su colocación en lasranuras y de que el área neta de cobre dentro de una ranura es mucho mayor que en el caso de ranuras semicerrada lo cual tiende a compensar la pérdidaen la superficie de laminaciones en el entrehierro. Esta pérdida resulta de abrir la ranura y afecta a la capacidad que puede obtenerse de las laminacionesdadas.Los arrollamientos de corriente alterna para motores trifásicos de ranurassemicerradas se clasifican en dos tipos.a) Devanados concéntricos (1/amado también devanado semicorona)b) Devanado excéntricos (llamado también devanado corona o imbricados).7.- TIPOS DE BOBINADOEn el tema anterior clasificamos los arrollamientos de corriente alterna para

motores trifásicos de ranuras semicerradas en dos tipos:a) Los devanados concéntricos, también llamados devanados semicorona.b) Devanados excéntricos, también llamados devanados corona o imbricados. A continuación explicaremos cada uno de estos devanados,7.1.- Devanados Concéntricos: Tipo SemicoronaEs cuando los lados activos de una misma fase, situados frente a polosconsecutivos son unidos por cabezas concéntricas, formando así verdaderosgrupos de bobinas.

Por razones de economía, muchos motores se devanan en forma automática,lo cual suele limitarse a casos con número entero de ranuras por polo y fase, y

prácticamente obliga a utilizar devanados concéntricos de los cuales hay unagran variedad. Los más empleados son los siguientes:• Devanado de cadena• Devanado concéntrico común• Devanado concéntrico equivalente al de paso completo7.2- Devanados excéntricos (Imbricados): Tipo coronaEs cuando los lados activos de una misma fase, situados frente a polosconsecutivos, son unidos mediante un solo tipo de cabezas, de forma que elbobinado está constituido por un determinado número de bobinas iguales.


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Este tipo de devanado se emplea en el estator de la mayor parte de losmotores de inducción.Dentro de este segundo grupo es preciso distinguir los tipos siguientes:• Bobinados imbricados de una capa por ranura

• Bobinados imbricados de dos capas por ranuras• Bobinados ondulados de dos capas, llamados también de barras7.3.- Conexión de los bobinadosPara la conexión de los diferentes tipos de bobinados, estudiados en el temaanterior. Tenemos que estos podemos conectarlos de la siguiente manera:Conexión por polos consecuentes. Conexión por polos normales.Conexión por polos consecuentesSe dice que un bobinado es por polos consecuentes cuando existen por cadafase tantos grupos de bobinas como la mitad del número de polos, es decir,tantos grupos como pares de polos.Un ejemplo de este bobinado es la siguiente figura.

En este tipo de bobinado, la corriente tiene un solo sentido por lo general soloexiste un lado de bobina por ranura.


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Para conseguir que un bobinado sea semi-corona polos consecuentes se debereunir las siguientes condiciones:• Se debe alojar un lado de bobina por ranura• La conexión entre grupos de bobinas de una misma fase se deben unir fin conprincipio y principio con fin de tal forma que la corriente fluirá a un solo sentido.Conexión por polos normales

Se dice que un bobinado es por polos cuando por cada fase hay tantos gruposde bobinas como número de polos.Ejemplo de este bobinado es la siguiente figura.

En este tipo de bobinado la corriente tiene dos sentidos contrarios entre gruposcontrarios de la misma fase. Por lo general se encuentran siempre dos lados debobinas por ranuras.Es casi normativo encontrar solamente bobinas cuyos pasos es constante entre

sus dos lados activos.Para conseguir que un bobinado sea CORONA de polos NORMALES debeconservar las siguientes características:• En cada ranura se deben de alojar únicamente dos lados de bobinas.• La conexión entre grupos de bobinas de la misma fase debe hacerse así:Se unirá el final del primer grupo con el final del segundo grupo, el principio deéste con el ‘principio del tercer grupo, el final de éste con el final de cuarto y asísucesivamente.8.- CÁLCULO Y DISTRIBUCION DE LOS BOBINADOS DE MOTORESTRIFASICOSCon anterioridad estudiamos las características particulares de los bobinadosconcéntricos y excéntricos, los cuales a su vez pueden ser de una capa o de

dos capas, no importando la conexión del bobinado, ya que sabemos que estosse pueden conectar en: conexión por polos consecuentes o conexión por polosnormales. A continuación estudiaremos el proceso de cálculo y distribución de cada unode estos bobinados.8.1.- Cálculo y distribución de un arrollamiento de motor trifásico condevanado concéntrico (bobinado semi-corona):* Bobinados concéntricos por polos* Bobinados concéntricos por polos consecuentes’


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Los datos necesarios para calcular un bobinado concéntrico polifásico son:= Número de polos de la máquinaq = Número de fasesK = Número de ranuras del estator El proceso de cálculo de un bobinado concéntrico es el siguiente: A) De acuerdo con los números de fases y polos se elegirá la clase de

bobinado concéntrico:* Bobinado concéntrico por polos (solamente para dos polos)* Bobinado concéntrico por polos consecuentes (4,6 ... polos)El bobinado concéntrico por polos puede ser con bobinas distribuidas y por poloConsecuentes con bobinas agrupadas.B Elegida la clase de bobinado se comprobara la posibilidad de ejecución dadapor la siguiente formula

* Para los bobinados concéntricos por polos tenemos lo siguienteEl número de ranuras por polo y fase (Kpq) debe ser un número entero ya seapar o impar.Si el número es par: Todos los grupos tendrán el mismo número de bobinas Siel número es impar: Recurrir a una de las dos soluciones siguientes:Solución A

Preparar todos los grupos iguales, pero con la bobina exterior formada por lamitad del número de espiras por ranura y colocar en determinadas ranuras dosmedias bobinas exteriores pertenecientes a grupos vecinos de la misma fase.* Para los bobinados concéntricos por polos consecuentes tenemos losiguiente:Es conveniente que el número de ranuras por polo y fase tengan un valor entero, sea par o impar. Sin embargo en algunas ocasiones se presentanbobinados por polos consecuentes cuyo, número de ranuras por polo y fasetiene un valor entero más media unidad. Ejemplo de esto puede ser Kpq = 2.5;35; 1.5.Tal bobinado puede ser ejecutado por medio de la solución siguiente:Preparar todos los grupos iguales pero con su bobina exterior formada por la

mitad del número de espiras por ranura y disponiendo en determinadas ranurasdos medias bobinas exteriores pertenecientes a fases distintas.


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E) Conocido el número de bobinas por grupo determinar la amplitud de grupo elcual consiste en el número de ranuras que se encuentran en el interior de dichogrupo.Ejemplo de amplitud de grupo.


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G) Elegir los principios de las fases; para lo cual se preparará la tabla deprincipios, calculando el valor del paso de entradas mediante la fórmula

siguiente:

A continuación realizaremos tres ejercicios, aplicando el proceso de cálculopara el bobinado concéntrico.Ejemplo 1:Calcular el bobinado concéntrico de un motor trifásico de 4 polos de 48ranuras. a) Este bobinado será ejecutado por polos consecuentes por ser trifásico multipolar.


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8.2.- Cálculo y distribución de un arrollamiento de motor trifásico condevanado excéntrico (Bobinado corona).Sabemos que los bobinados excéntricos pueden ser imbricados y ondulados,

ejecutándose indistintamente, en una o dos capas por ranuras.Pero a la vez los bobinados excéntricos pueden ser enteros o fraccionariossegún resulte el valor de) número de bobinas por grupo.


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En esta clase estudiaremos los bobinados excéntricos enteros de una capa ydoscapas. A) Proceso de cálculo de un bobinado imbricado de una capa (corona de unacapa) (bobinado ingles)Los datos necesarios son:

El proceso de cálculo es el siguiente:1.) Determinar el número de ranuras por polos y fase.

2.) Determinar el número de bobinas.

3.) Determinar el número de grupos del bobinado.

4.) Determinar el número de bobinas que forman un grupo.

5.) Determinar l paso de ranura el cua’ debe ser forzosamente una cantidadIMPAR.

6) Elegir los principios de las fases; para lo cual se prepara la tabla deprincipios; calculando el valor de paso de entrada mediante la fórmulasiguiente.


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A continuación realizaremos das ejercicios, aplicando el proceso de cálculopara el bobinado excéntrico.

Ejemplo # 3:Calcular el bobinado excéntrico (tipo corona) de un motor trifásico de 24ranuras para cuatro polos de una capa.1) Número de ranuras por polo y fase


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9.- CALCULO DE UN MOTOR TRIFASICO A PARTIR DEL HIERROInfluencia de bobinado en las características del nuevo motor Las características de un motor de inducción depende de una porción decondiciones diferentes. Debe ser capaz de arrancar sin tomar una corrienteanormal del circuito de alimentación.De ser capaz de desarrollar la plena carga, durante el funcionamiento, conuna elevación de temperatura y un factor de potencia razonables.

Debe tener un buen rendimiento, es decir, no debe tomar del circuito dealimentación una cantidad de energía excesiva con relación a lacorrespondiente al trabajo que desarrolla.Debe haber la mayor distancia posible entre las partes fija y móvil conobjeto de aumentar la duración de los cojinetes.Debe tener una capacidad de sobrecarga momentánea de uno y medio ados veces el par normal de plena carga sin disminuir anormalmente lavelocidad o pararse. Y debe poseer todas estas cualidades sin producir unruido anormal, debido a la situación magnética o a la ventilación.


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Algunas de estas características puede ser mejorada a expensas de otras,como, por ejemplo, es posible obtener un factor de potencia elevado aexpensas de construir el motor con una pequeña separación entre el rotor yel estator, así como alcanzar un rendimiento alto a costas de un par dearranque pequeño y de una corriente de arranque grande. Por esta razón,en la venta de motores, el vendedor se limita a menudo en su propaganda a

hacer resaltar los puntos más favorables del tipo que ofrece y los puntosdesventajosos son someramente indicados; pero al hacer una verdaderacomparación de las relativas ventajas de dos tipos de motores encompetencia deben ser considerados todos estos puntos, dándoles a cadauno el valor debido en vista del servicio a que debe estar destinado elmotor.Se comprende que todas estas características son afectadas de variasmaneras por las diferentes condiciones del motor de que se trata; esto es,por la relación entre la longitud y el diámetro del motor, o por el número deranuras o la calidad y espesor de las planchas de acero empleadas u otrascircunstancias por este estilo; pero la que tiene mayor influencia y puede ser fácilmente modificada es el número de espiras del estator o arrollamiento

primario.

Al ocuparse de este detalle que es de principal importancia es convenienterepresentarse mentalmente lo que ocurre a cada característica del motor alvariar la sección de los conductores o el número de espiras en el primario. Alestudiar a fondo las características estas las analizaremos de forma separada.Los puntos más importantes en el funcionamiento de un motor de inducciónson: par de arranque, corriente en el arranque, entrehierro o separación, factor de potencia, rendimiento, elevación de temperatura, par máximo, ruido yvibraciones mecánicas.Si hubiese dos motores que fuesen exactamente iguales en sus dimensiones ycalidad del material, pero que un motor tuviese más espiras en el arrollamientoque el otro, al comparar las características indicadas, el motor con mayor número de espiras tendría un par y una corriente de arranque menor.Probablemente tendría un mayor factor de potencia. Podría tener unrendimiento más alto o más bajo debido a que las pérdidas en el cobre podríanser mayores y las pérdidas en el hierro menores y su preponderanciadeterminaría si el rendimiento sería más alto o más bajo; en otras palabras,según que las pérdidas en el cobre aumentan en mayor cantidad que las delhierro, decrecen o viceversa. De una manera similar el calentamiento puedeser mayor o menor, dependiendo de la suma de las pérdidas. En general, estemotor sería algo más silencioso y tendría menos tendencia a producir

vibraciones mecánicas.Por otra parte, considerando el motor que tiene un número de espiras menor,tendrá relativamente un par y una corriente de arranque mayores.Probablemente tendrá un factor de potencia menor, así como un rendimientomayor o menor según la proporción de pérdidas en el hierro y en el cobre,como se ha indicado en el párrafo anterior; similarmente, el calentamientovariará con el aumento total de las pérdidas. Este motor tendría una tendenciaa ser menos silencioso y a producir vibraciones mecánicas.


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Debe observarse que estos cambios son los mismos que produciría unaumento o disminución del voltaje aplicado al motor.El aumentar el número de espiras en Ufl arrollamiento produce el mismo efectoque disminuir el voltaje; y disminuir el número de espiras produce el mismoefecto que aumentar el voltaje que actúa sobre el arrollamiento. Esto puedeverse en la figura # 28 donde se sitúan tres arrollamiento en paralelo sobre 100

voltios.

El arrollamiento número A tiene 8 espiras en serie y, por lo tanto,corresponden 12,5 voltios efectivos por espira.El arrollamiento número B tiene 10 espiras y le corresponden 10 voltiosefectivos por espira.El arrollamiento número C tiene 12 espiras y la tensión efectiva sobre cadauna son 8 1/3 voltios.Ya que las características del motor con respecto al par y demáscondiciones son proporcionales al voltaje por espira en el arrollamiento, elnúmero A o arrollamiento con 8 espiras funcionará corno si estuviesesometido a una sobre tensión y el número C o arrollamiento con 12 espirasfuncionará como si estuviese sometido a un voltaje menor.Expresando esto de otra manera, si consideramos el arrollamiento númeroB como el arrollamiento normal para 100 voltios, el arrollamiento número A

bajo 100 voltios puede funcionar y da el mismo resultado, como si elarrollamiento número B los sometiésemos a 125 voltios y de una maneraanáloga el arrollamiento número C bajo 100 voltios trabajaría y darla elmismo resultado que si al arrollamiento número C aplicáramos 8 1/3 voltios.Esto nos demuestra que quizá el punto más esencial a determinar alproyectar un arrollamiento es calcular el número de espiras en serieconveniente en el estator que deben proverse para la tensión de la línea.Otra consideración esencial es la sección transversal de los hilos de cobre oconductores que forman el arrollamiento, necesaria para dejar pasar losamperios requeridos para desarrollar la potencia deseada. Al objeto de dar una idea sobre todos los puntos que deben ser considerados al hacer unproyecto completo de un motor de inducción, haremos a continuación un

breve resumen de los diferentes puntos a tener en cuenta por el técnicoproyectista, con una breve indicación de cómo y por qué se han deconsiderar cada uno de ellos.1 ro.Diámetro y longitud del núcleo de hierro laminado necesario para desarrollar la potencia deseada a la velocidad y tensión dadas.2do.El flujo magnético o campo requerido para engendrar la tensión de línes.


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3ro.Número de vueltas o espiras en serie en el arrollamiento del estator, lascuales, cortadas por el campo rotatorio, engendrarán la tensión de línea.4to.Sección transversal de los conductores del estator necesaria para dejar pasar la corriente requerida para desarrollar (a potencia deseada con el

factor de potencia y rendimiento que correspondan aproximadamente segúnel cálculo.5to.Número y tamaño de las ranuras del estator, ancho y profundidad, pararecibir el arrollamiento (3°) y (4°) después de aislado para el voltajerequerido.6to.Densidad magnética en los dientes y núcleo del estator, dientes y núcleo delrotor, así como en el entrehierro producida por el flujo magnético (2°).7mo.Corriente magnetizante o devanada requerida para producir el campomencionado en

(2°) con el número de espiras indicado en (3°) con las longitudes necesariassegún (1°) y (5°).8vo.Pérdidas en el hierro debidas a la densidad (6°).9no.Pérdidas en el hierro debidas a las aberturas de las ranuras primarias.lOmo.Número y tamaño de las ranuras del rotor.11avo.Si el rotor es de jaula de ardilla o está bobinado.l2avo.Voltaje e intensidad del rotor si está bobinado.l3avo.• Deslizamiento en tanto por ciento o pérdidas en el cobre del rotor.l4avo.Pérdidas en el cobre del estator.l5avo.Pérdidas previstas por fricción en los cojinetes y ventilación.l6avo.Reactancia de dispersión por las ranuras del estator y rotor y finales debobinas, así como también en los cruces y cuerpo de la bobina, o dispersióndiferencial.l7avo.

Factor de potencia.18 avo.De (13°) y (16°) se deduce el valor del par máximo y de arranque.l9avo.De la potencia y (8°), (9°), (13°), (14°) y (16°) se deduce el valor delrendimiento.Puesto que estamos tratando de un núcleo o carcasa perteneciente a unmotor usado,


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o sea, ya existente, para muchos de estos datos puede- partirse de un valor supuesto,y algunos están ya determinados.Las preguntas que hay que considerar para adoptar un motor ya existente aunas nuevas condiciones correspondientes a determinada velocidad,potencia, voltaje, fase o frecuencia son, como fundamentales, las

siguientes:¿Será el núcleo de dimensiones suficientes para la potencia y velocidad quese desea?¿La sección de hierro situada debajo de las ranuras es suficiente para dejar pasar el flujo magnético que se requiere en el entrehierro para poder desarrollar la potencia que se desea obtener?Qué número de amper-vueltas se necesitan en el arrollamiento del estator?¿Cuál será la sección transversal o tamaño del conductor del arrollamientodel estator.¿Cuál debe ser la sección transversal de las varillas del rotor, así como lade los aros extremos, suponiendo un devanado del tipo de jaula de ardilla?¿Permitirá el diámetro del rotor girar a la velocidad que se necesita?

Muy pocas de estas preguntas pueden ser contestadas rápidamente;usualmente se obtienen datos que caen entre ciertos limites generales,entre los cuales puede comprobarse si el caso de que se trata puede ser adaptado. Esta comprobación se acostumbra a hacerla solamente paraalgunos de los puntos o cuestiones; pero en general si el devanado estácomprendido entre estos límites, el funcionamiento del motor seráaceptable.

9.1.- Definición de la potencia nominal de un motor asincrónico trifásico* De vez en cuando se tiene-un motor asincrónico sin devanado y sinplacas. Para usarlo otra vez se tiene que saber, que potencia mecánicapuede dar éste motor y que potencia aparente necesita.* La potencia mecánica de cada motor depende de sus dimensiones y de sunúmero de revoluciones (Número de polos y frecuencia).* Para definir la potencia nominal de un motor se necesitan las siguientesmedidas del estator:Diámetro interno del paquete de chapas del motor.Diámetro externoLongitud del paquete de chapash: Altura de la culataK: Números de ranuras.


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* Primero se tiene que determinar el número de polos esto hay una relaciónfija entre el diámetro exterior y elMínimo de la máquina, para diámetro interior.

Dex/Di 1.70

1.90

1.55

1.65

1.40 1.30

1.402P 2 4 1.50 8.10

Tabla # 8. Número de polos según relación D. ext/ D. mt.

Determinado el número de polos según tabla # 8 podemos aumentar elnúmero de polos sin problemas, pero lo que no se puede hacer es disminuir el número de, polos, ya que en este caso la inducción magnética (B)aumenta a valores inadmisibles en el hierro.Ejemplos de esfuerzos magnéticos en la culata con diferentes números depolos.

* Segundo se busca en las tablas de potencia, que es para determinadonúmero de polos, un motor que tiene dimensiones cerca de las dimensionesmedidas.

— Los valores en la tabla para Di y De, deben ser un poco más pequeños oigualesque los valores del motor, Si la longitud del paquete de chapas( e) tieneotroValor, se multiplica la potencia nominal de este tamaño con la relación e(medio)e (tabla)— el valor nuevo para la potencia mecánica es más exacto.— En las tablas de potencia también se podrán encontrar valores para:Rendimiento..Factor de potencia.. .Cos Número de revoluciones asincrónicas….n

Ejemplo 7:Un motor sin devanado y sin placas tiene las siguientes dimensiones:di = 95mm dext = 164mme = lO4mm hc = l5mmK= 36a) Determinar el número de polos mínimos según tabla # 8b) Determinar la potencia del núcleo por tablas de potencia.


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SoluciónDi =95mma) Dex = 164mmDext 1 64mm 2p= Dext/ Di = 164 mm /95 mm = 1.726Según tabla de número de polos 1.726 = 2 polos

O sea que el núcleo es capaz de entregarnos una frecuencia de giro de3600 RPM equivalentes a 2 polos.b) Según tabla de potencia para dos polos, las dimensiones del núcleocorresponden a un motor del tamaño normalizado según IEC tipo 100L, elcuál tiene una potencia mecánica de 3.60 K, un rendimiento de 82%, unfactor de potencia de89%O sea que el motor perfectamente nos puede entregar una potencia de 5H.P o caballos de fuerza.


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9.2.- Método # 1 (con placa de característica). A continuación estudiaremos, como calcular el número de conductores por

ranura en un motor trifásico, cuando este tiene su placa de característica.Siempre que un motor trifásico tenga su placa de característica, es posiblerealizarle un cálculo; para determinar el número de conductores y la seccióndel mismo.

9.2.1.-Datos de la placa y dimensiones del núcleo.U: Tensión de alimentación del motor en voltios en conexión triángulo.2p: Número de polos del motor, este se puede deducir según tabla #8 obien por las revoluciones por minuto de la placa del motor.Frecuencia de la red de alimentación, que normalmente esta puede ser de50- 60 Hertz (Hz) para nuestro caso, aquí en Nicaragua esta es de 60 Hz.Lk: Longitud de ranura expresada en metro, también llamada en algunoscasos (longitud axial del hierro) descontando los espacios de ventilación.

Di: Diámetro interno del estator, expresado en metros.K: Número de ranuras o canales del estator.BLM: Constante de la densidad del flujo magnético.0.70 Motores viejos0.72 Motores usados0.80 Motores nuevos.

9.2.2.-Calcular el número de conductores por ranurasa través de la siguiente fórmula:N= 1.43xUx2p / 2XFXLkXDiXBLMXK Espiras por ranura Ecuación (1)

Nota:Siempre se calcula con la tensión de línea de menor valor (230V).

9.2.3.- Para calcular la sección del conductor Esta se obtiene a través de la siguiente fórmula:

qcu = l() = 2/mm A

A Donde qcu = sección del conductor a usar en (mm

2)

l() = Corriente absorbida por el motor en conexión estrella para 440v.Cuando el motor solo este para una tensión de 230v. Se toma la corrienteabsorbida en 230v y se divide entre dos con lo cual obtendremos lacorriente que consumiría en 440v.

D = Densidad de corriente eléctrica en (Amperios/mm2) esta se puedetomar entre 3 y 6.5 A/mm2 dependiendo del tipo de ventilación para elmotor.Los siguientes valores recomendados son:2.8 A/mm2 para motores cerrados3.5-4.5 A/mm2 para motores con ventilación normal4.5-5.5 A/mm2 para motores de 2 polos con ventilación normal


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5.5-6.5 A/mm2 para motores semiabiertos o motores de otro tipo noconsideración en estas especificaciones.

Luego de calculada la sección; se puede determinar el diámetro del mismoa través de la siguiente fórmula:

CU = 785.0

cuq

= mm Ecuación (3)

DondeCU = Diámetro del conductor en (mm)qcu = Sección del conductor en (mm2)0.785 = /4 constante.

Teniendo y determinada la sección el diámetro procedemos a buscar elcalibre del conductor en las tablas de alambre magnético normalizarla AWG(calibres de alambre americano).

9.3.- Método # 2 (sin placa de característica).Por otro lado existe siempre la posibilidad que no siempre el motor posea suplaca de característica, en estos casos se procederá calcular el devanado através del método que analizaremos a continuación.

9.3.1.-FundamentosEl diseño y cálculo de los motores de inducción o asíncronos monofásicos ytrifásicosSe hacen basándose en formulaciones técnicas y experimentales, siendolas primeras (formulaciones técnicas) fundamentadas en planteamientos deorden teórico y las segundas de los datos y de las experiencias de diseño yconstrucciones anteriores.

De hecho, los fabricantes de motores eléctricos diseñan y construyen sobrevalores de máquinas normalizadas siendo raro sobre diseños especiales. Actualmente estos diseños se hacen por medio de computadoras, lo queagiliza el tiempo o permitiendo ensayar distintos tipos de variantes.Independiente de las formas de las metodologías de cálculo usados, losfundamentos de diseño son los mismos y se basan principalmente en lascaracterísticas de los materiales usados en el circuito magnético, losaislamientos, conductores y aspectos específicos como el sistema deventilación, técnicas constructivas etc.Los fundamentos de cálculo de ¡os motores de inducción se basan en losconceptos generales para el cálculo de máquinas rotativas.

9.3.2.- Selección de los parámetros de cálculo.

En esta unidad lo que se pretende es tratar de verificar o modificar características de motores de inducción, en donde ocasiones elprocedimiento puede ser tan simple corno contar el número de espiras deuna bobina y su calibre de conductor o bien pesar el alambre de las bobinasy reproducir las características de las mismas. Pero no siempre el procesoes tan simple como lo anterior y es entonces que necesitamos tener nociones de cálculo lo cual es lo que pretendemos estudiar en esta unidad.


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Dentro de los parámetros básicos de cálculo se pueden mencionar lossiguientes:

- Factor de potencia:Para que este factor no sea pobre el valor de la densidad de flujo en elentrehierro debe ser pequeño de otra forma la máquina demanda unacorriente de magnetización excesiva. Este flujo en el entrehierro debe de

ser de tal manera que no produzca saturación en ninguna parte del circuitomagnético.En la tabla # 15 se dan valores típicos de factor de potencia en motorestrifásicos.

- Pérdidas en el hierro:Sabemos que a medida que aumenta el valor de la densidad en elentrehierro, aumentan las pérdidas en el hierro y se reduce enconsecuencia la eficiencia. Por esta razón es importante mantener unentrehierro tan pequeño como sea posible.

- Capacidad de sobrecarga:El valor de la densidad de flujo en el entrehierro determina la capacidad desobrecarga. Un valor elevado de “Bprorn” significa que el valor de flujo por polo es elevado, por lo tanto, para un mismo voltaje, el devanado requierede menos espiras por fase y si el número de espiras es menor, la reactanciade dispersión también es menor. Es decir que a mayor valor de Bprom” setiene un valor mayor de capacidad de sobrecarga.Los valores de diseño en motores trifásicos de inducción para Bprom seencuentran entre 0.3 y 0.6 weber/M

2.

Para máquinas con diseños especiales que requieren una capacidad desobrecarga elevada se usan hasta 0.65 weber/M2.

- Densidad eléctrica total: ( et ) Al número total de ampere-conductores alrededor de una armadura o un

estator se le conoce como la densidad eléctrica y se calcula con la siguienteexpresión. et = IZ X ZDonde: Iz = Corriente en cada conductor Z = Número total de conductores en la armadura o el estator.


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También kp se puede determinar de esta otra manera:

A continuación algunos ejemplos de motores para calcular YK


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9.3.3.-Proceso de cálculo Ahora bien tomando en cuenta todos los parámetros anteriores, podemosdefinir el siguiente proceso de cálculo para determinar la potencia de salidaaproximada del núcleo en kilo watts; el número de espiras por fase deldevanado; el número de conductores por ranura; la corriente de fase delbobinado; la sección y calibre del conductor.PROCESO DE CALCULO

1.- Realizar cálculo y distribución2.- Determinamos la potencia entregada por el núcleo

Donde:B prom Flujo promedio, el cual se encuentra desde 0.35 w/m2 a 0.55 wIm2.ac Densidad eléctrica, la cual se encuentra desde 15,000 hasta 25,000ampere


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conductor/metro.kw: Factor de devanado el cual lo podemos calcular o tomarlo de las tablas# 13 y #14.11: Una constante10 -3 : Una constante (0.001)- Calculamos la potencia de entrada de la máquina (S)

Donde: Di: Diámetro interior en metroLk: Longitud de ranura en metroCo: Coeficiente de salidaNs: Revoluciones por segundo

Calculamos la potencia nominal de la máquina (Pn)Pn = S x Cos. = KwDonde:S: Potencia de entrada (KVA).Cos. : Factor de potencia, este se puede tomar según tabla # 15.- Calculamos el número de espiras por fase- Determinamos el flujo por polo en el estator ( m)

Espiras pór fase del bobinado (Nf)

Uf: Tensión de fase. En este punto es conectar el bobinado si es enconexión estrella de los casos hay que calcular su tensión de fase.Importante definir como queremos o conexión triángulo. Para cualquieraCalculamos el número de espiras por ranuraNúmero deZ = 6 x Nf conductores en el núcleo (Z)- Número de conductores por ranura (Zk)Zk= Z/K

Donde:5- Calculamos la intensidad de corriente por fase en el estator (lf)

Donde:= Rendimiento de la máquina según tabla # 15 Pn


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Pn = Potencia nominal en watts.Cos = Factor de potencia, el cual se puede tomar según tabla # 15.También es posible asumir al producto ( x Cos) con un valor de 0.785,esto equivale a suponer un valor de 0.89 para el rendimiento y 0.88 para elfactor de potencia u otra cualquier combinación cuyo producto de 0.785, seacomo fuere este es un valor medio que sastiface ampliamente una gran

cantidad de motores de diferentes potencias.

Donde:lf: Intensidad de corriente por faseD: Densidad de corriente según los valores recomendados para la densidaden método # 1 pág. # 52.Luego para determinar el calibre este se determina según tabla deconductores magnéticos AWG.Ejemplo #8Se tomaron los datos del estator de un motor trifásico de inducción a 220v.que debe operar a 1,800 RPM; 60 Hz y se encontró que tiene una longitudaxial de 6.1 cm y un diámetro de 7 cm. Se desea determinar lascaracteristicas a las que puede operar el motor si tiene 36 ranuras elestator.Calcular:1) Realizar cálculos y distribución del bobinado2) Determinar la potencia entregada por el núcleo3) Calcular el número de espiras por fases4) Calcular el número de espiras por ranura

5) Calcular la intensidad de corriente por fase6) Calcular la sección y calibre del conductor.


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Cálculo y distribución:

Distribución:

Adoptando los siguientes valores para BPROM y ac; tenemos que Co será.BPROM :O.4O weber/m2ac: 25000 ampere - conductor/MDeterminar potencia entrada por el núcleo:


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10.- MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS DE VARIAS VELOCIDADESLos motores de varías velocidades se fabrican en los siguientes tipos:• Arrollamientos del estator con toma central (conexión Dahlander).• Dos arrollamientos separados galvanicamente en el estator con númerodiferentes de pares de polos.(Motor de dos devanados independientes, en el estator).• Dos arrollamientos separados galvanicamente en el estator provistos,adicional- mente de tomas centrales respectivos.(Motor dedos devanados independientes cada uno en conexión Dahiander)

o solo uno.10.1.- Motores asincrónicos trifásicos en conexión DahlandersLos motores asincrónicos, trifásicos de dos velocidades son cada vez másfrecuentes, en la práctica resulta que los bobinadores tienen quecomprender claramente las particularidades de los arrollamientos que paraestos motores se realiza, puesto que la velocidad (n) de un arrollamientoprescindiendo del deslizamiento esta en función de la frecuencia de la red aque se conecta y del número de polos de las máquinas.Mientras la fuente de alimentación se mantenga constante no hay otraforma de variar la velocidad del motor, si no es modificando el número depolos del arrollamiento.Una de las formas de conseguir que un motor pueda funcionar con dos

velocidades será siempre insertando en las ranuras del estator dosarrollamientos independientes cada uno con diferentes números de polos,entonces según el bobinado que se conecte el motor girará a una y otravelocidad siendo la otra alternativa de insertar un solo bobinado de poloscommutables el cual esta en función del doble o la mitad de la frecuencia degiro.


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10.1.- Fundamentos de la conexión para un motor de dos velocidades conun solo bobinado (Motor en conexión Dahlander)

Esta se basa en la conexión de dos bobinas idénticas, lo que provoca unareducción de polos, una mayor velocidad y una adaptación de tensiónmedia de la tensión nominal de no ser dividida la bobina.Si alimentamos dos bobinas de la siguiente forma:

Se forman cuatro polos y podrá soportar la tensión máxima, ha que ha sidodiseñadoel circuito.

En cambio si conectamos esas mismas bobinas de otra forma obtendremosmenos polos y las bobinas soportaran la tensión media de la tensiónnominal para la que ha sido diseñada el circuito.

Debido a la especial construcción de los mismos y la particularidad de susconecciones tengamos presente las siguientes advertencias:Cuanto menor es el número de polos do un motor, tanto más amplio debeser el camino previsto para el flujo magnético.— Todo cambio de polaridad del arrollamiento del estator exige análogo

cambio en el rotor (rotor bobinado).10.1.2.- Normas para la ejecución de un bobinado en conexión Dahlander — Para efectuar la conexión hay que realizar los siguientes pasos:* Será un bobinado imbricado de dos capas y su ancho de bobina, seráaproximadamente, diametral con respecto al mayor número de polos, o loque es igual, será acortado a la mitad del paso polar que corresponde almenor número de polos.* El número de grupos de bobina de cada fase será igual el número menor de polos, estos grupos se distribuirán en dos mitades exactamente iguales,


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una de las cuales estará formada por todos los grupos impares de esta fasey la otra mitad por todos los grupos pares, es decir que los grupos de unamisma fase que se vayan (encontrando siguiendo la periferia del bobinadopertenecerán, alternativamente, a una y otra mitad por ser igual las dosmitades de cada fase será posible conectarla voluntad ya sea en serie o enparalelo.

* Las dos mitades de cada fase se unirán entre si (en serie o en paralelo)dejando en el puente de unión una salida.* De cada fase del motor deberán salir 3 ó 4 terminales al exterior correspondiente al principio, final y puente medio.

10.1.3 Hay dos posibilidades para conectar los devanados en altas y enbajas velocidades

Estas condiciones son:* Conexión estrella serie - doble estrella (- )* Conexión triángulo serie - doble estrella ( - ) A continuación explicaremos cada una de éstas condiciones.Conexión estrella serie - doble estrella

Con esta conexión se unen los terminales F1-F2-F3, de las fasesinteriormente formando una estrella simple, y se sacan al exterior 6terminales libres, tres son los principios P1-P2-P3 , y los otros trescorresponden a los puentes M1-M2-M3. Asi, dispuesto el bobinado podráser alimentado de dos maneras distintas:1) Dejando abierto las terminales M1-M2-M3 de los puentes y conectando alas líneas los principios P1-P2-P3 se obtiene el número de polos más alto(velocidad baja)2) En cambio uniendo los principios P1-P2-P3 se forma así la doble estrellay conectando a la red los terminales M1-M2-M3 se obtiene el número depolos más pequeño (velocidad alta).


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Conexión triángulo serie - doble estrellaEn esta conexión se unen interiormente, en triángulo las tres fases delbobinado y se sacan al exterior seis terminales libres, tres los vértices deltriángulo que designaremos por P1-P2-P3, así dispuesto podemos alimentar el bobinado de dos maneras diferentes:1) Dejando abie.rtos los terminales M1-M2-M3 de los puentes y conectando

a la red los terminales P1-P2-P3 de esta manera se conseguirá el mayor número de polos del motor (velocidad baja).2) Uniendo entre los terminales P1-P2-P3 el bobinado formará una dobleestrella si conectamos a los terminales a la red M1-M2-M3 se obtiene elnúmero de polos más pequeño (velocidad alta):

Ejemplo # 9:Se desea realizar el cálculo y el diagrama de conexión de un motor trifásicopara 2 velocidades, dicho motor posee 24 ranuras y el bobinado se deseapara 4 y 8 polos respectivamente.Realizar:a) Cálculo del bobinadob) Diagrama de conexiónResolución:Los datos son:K =242p= 4,8El tipo de bobinado según norma será un bobinado imbricado de dos capas.El proceso de cálculo que se realiza en estos tipos de bobinados, es elnormal para un bobinado imbricado de dos capas, exceptuando en el paso

de ranura (YK) el cual se calcula para el mayor número de polos, que ennuestro ejemplo este es de 8 polos.


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.10.2.- Motor de dos devanados independientes en el estator

Cuando se requiere más de dos velocidades es posible colocar un segundodevanado en el estator, obteniendo número de revoluciones que están enrelación 2:1. Tales máquinas se producen en conexión en estrella y enconexión en triángulo, siendo posible para las dos conexiones dos númerosde revoluciones.Para la conexión de este tipo de motor tenemos, que para la baja velocidadse conecta la red de alimentación los siguientes puntos: Li con 1u, L2 con1v y L3 con 1w.

Mientras que para la velocidad alta se conecta a la red los siguientesterminales: L1 Con 2U, L2 con 2V y L3 con 2W.En la figura # 38 polos.se muestra un motor asincrónico trifásico en conexión estrella de 2 y


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10.3.- Motores de dos arrollamientos independientes conectados cadauno en conexión Dahiander.

Cuando se requiere más de dos velocidades es posible colocar un segundodevanado en el estator, el cual a su vez puede usarse para obtener más deuna velocidad. Obteniendo número de revoluciones que están en relación2:1. Esto significa que los dos devanados separados (independientes) esposible conectarlos uno o ambos en conexión Dahlander. Este tipo demotores asincrónos, podrán presentar entonces hasta cuatro velocidadesde giro distintas.

El inconveniente del cambio de número de polos reside en que solamentepueden obtenerse determinadas frecuencias de giro y que a la frecuenciade nuestra red (60 Hz) todas ellos se encontraran por debajo de 3600 RPM.En algunas aplicaciones resulta satisfactorio este tipo de control por pasosdiscretos; pero existen otros tipos de cargas, como hornos rotatorios yalgunos tipos de máquinas centrifugas que no se prestan a tal ajuste develocidad.


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11.- MOTORES TRIFASICOS CON BOBINADO FRACCIONARIOS.Se considera un bobinado imbricado fraccionario cuando no resulta par elnúmero de bobinas (U) un número entero, o sea U = B/2pq

Este tipo de bobinado es muy empleado en alternadores ya que con ellos seobtiene una curva de fuerza electromotriz (F.e.m) casi exactamentesenoidal, lo que siempre es conveniente.

Por lo tanto este tipo de bobinado en muchos casos es posible aplicarlopara estatores de motores trifásicos de diferentes números de ranuras enlos cuales no se pueda distribuir un bobinado normal, ya sea esto por faltade ranuras o por la cantidad de números de polos de la máquina.Resolviéndose esto, calculándose un bobinado fraccionario.Clasificación:Los bobinados fraccionarios se clasifican en los siguientes tipos:• Bobinados simétricos• Bobinados asimétrico

11.1.- Bobinados simétricosEn los bobinados fraccionarios simétricos, las fuerzas electromotricesgeneradas en las distintas fases que componen el conjunto son

exactamente iguales y están desfasadas en el ángulo característico delsistema. Si no cumpliera cualquiera de estas condiciones, el bobinado seríaasimétrico.En muchos de los bobinados fraccionarios se puede conseguir la perfectaigualdad de las f.e.ms de todas las fases, así como su correcto desfase,mediante el reparto del bobinado de forma que las fases estén constituidaspor igual número de bobinas.


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Aunque no sea posible que todos los grupos tengan el mismo número debobinas, se puede conseguir distribuirlas de forma tal que haya una ciertasimetría al obtener los llamados “grupo de repetición”.Estos grupos de repetición no es nada más que el conjunto formado por varios grupos polares, que se repiten una o más veces en cada fase delbobinado.

Ejempl o:Bobinado exapolar en el cual los seis grupos de una fase tienensucesivamente (2-3-2- 3-2-3) bobinas, llamaremos el grupo de repeticióndos grupos polares ya que como vemos1 se repite tres veces la distribución(2-3) bobinas. Por lo tanto en cada fase de este bobinado hay dos gruposde repetición.Condición de simetría:Sabemos que no todos los bobinados fraccionarios permiten conseguir unaperfecta simetría. Para que dicha simetría sea posible es necesario ysuficiente que se cumpla la siguiente condición:

El número total de bobinas de la armadura debe ser exactamente divisiblepor la llamada constante propia del bobinado.Esta constante propia del bobinado es un valor que depende del número depolos de la máquina y el número de fases del bobinado.

A continuación analizamos un ejemplo de un bobinado trifásico el cual sedesea calcular:a) Si el bobinado es fraccionariob) Si el bobinado es simétrico o asimétrico


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Ejemplo # 10:Se tiene un motor trifásico de 42 ranuras el cual se quiere bobinar tipocorona de dos capas para 8 polos.a) Calculamos el número de bobinas (U)

b) como podemos observar U no es número entero par, sino que es unnúmero fraccionario, por lo tanto asegurando que se puede calcular paraun bobinado fraccionario.

c) b) Verificar si el bobinado es simétrico o asimétrico.La constante para nuestro ejemplo, según tabla # 17 es igual a tres, por lotanto procedemos a calcular el número total de bobinas (B).

como podemos observar el número de ranura (K) es divisible por laconstante, por lo tanto podemos concluir que en nuestro ejemplo el

bobinado se puede construir como fraccionario simétrico.11.2.- Proceso de cálculo para un bobinado fraccionario

Para efectuar la distribución utilizamos el método del mínimo comúnmúltiplo (mcm) el cual consiste en lo siguiente:1) Se determina el MCM del número total de bobinas y del producto de losnúmeros de polos, fases o sea 2pq. Designando por M dicho mínimo comúnmúltiplo2) Se prepara un cuadro que contenga un número total de cuadritos igual alvalor M. Estos cuadritos serán dispuestos formando un cuadro rectangular con tantas líneas horizontales como número de polos tenga la máquina osea 2p. En consecuencia el número de columnas verticales será el cocienteentre M/2P Número columnas.

Dicho número total de columnas quedará subdividido en tantos trozos comonúmeros de fases tenga el bobinado.

3) Seguidamente se calcula el llamado paso de cuadro, teniendo en cuentaque en los M cuadritos del cuadro deben ser repartidas uniformemente, las6 bobinas que constituyen el bobinado. Así pues, designamos por Yc alpaso de cuadro, su valor será igual a:

Ejemplo # 11:Se tiene un motor trifásico al cual se le desea calcular para un bobinadocorona para 8 polos, cuyo núcleo tiene 54 ranuras. Determinar:a) Calcular el bobinado corona.b) Verificar si el bobinado es normal o fraccionario.c) Verificar si el bobinado es simétrico o asimétrico.d) Aplicar el método del mínimo común múltiplo (mcm).Desarrollo:a) Cálculo del bobinado corona:


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Como podemos ver el bobinado no se puede construir de forma normal ya que(U) no es entero, por lo tanto podemos concluir que el bobinado se puede

construir como bobinado fraccionario.

Los principios de cada una de las fases pueden salir en las siguientes ranuras:Fase A: En la ranura 1Fase B: En la ranura 19Fase C: En la ranura 10b) Verificando el bobinado:

c) Verificar si el bobinado es simétrico o asimétrico, tenemos:Según tabla # 17 la constante del bobinado fraccionario para 8 polos es 3,por lo tanto tenemos que:

como podemos observar B es enterodefiniendo que el bobinado es simétrico.


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d) Aplicando el método del mínimo común múltiplo (mcm) tenemos:

Con este mínimo común múltiplo obtenido (216) procedemos a construir elcuadro de distribución el cual nos permitirá obtener el número de grupo (G)y el número de bobinas por grupos (U)

Dicho cuadro de distribución se construye tomando en cuenta lossiguientes pasos:• Según el resultado del (m.c.m.) que en nuestro ejemplo es 216, seprocede construir un cuadro que tenga la cantidad de cuadritos del valor del(m.c.m).• Por lo tanto tomaremos el valor de 2p como la cantidad de filashorizontales a trazar en el cuadro, que en nuestro ejemplo es 2p = 8 o sea,8 filas horizontales.• Para obtener la cantidad de filas verticales se toma el valor del (m.c.m) yse divide entre la cantidad del número de polos (2p) del bobinado y este asu vez se divide entre el número de fase del devanado (q), para nuestroejemplo tenemos:


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• Comprobando el cuadro de distribución podemos ver que este tiene 8 filascorrespondientes al número de polos (2p) y 27 columnas subdivididas éstaspor 9 columnas por fase (q).• Para determinar la cantidad de bobinas por grupo se calcula el paso decuadro (Yc) el cual es igual a: Yc m.c.m = 4 obteniendo la siguientedistribución:

B 54 AAABBCC LAABBBCC / AABBCCC / AABBCC 1° grupo de repetición AAABBCC 1 AABBBCC / AABBCCC / AABBCC 2° grupo de repetición


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EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN

I. Responda cada una de las siguientes preguntas.1. Explique el funcionamiento y estructura del motor trifásico.

2. Clasificación de los motores asincrónicos trifásicos

3. Explique el funcionamiento y estructura de los motores con rotores tipoardilla

4- Explique las dos formas de conectar so bobinado en los motores trifásicos

5- Que es un componente por arrollamiento

6- explique las etapas del bobinado de una maquina rotativa.

7- Explique el proceso de devanado concéntrico tipo Semicorona

8- Explique el proceso de devanado excéntrico tipo corona

9- Explique el proceso de conexión por polos consecuentes

10- Explique el proceso de conexión por polos normales

11- Explique el proceso de devanado concéntrico tipo corona

12- Explique el proceso de cálculo del devanado imbricado de una capa,corona de una capa

13- Explique el proceso de cálculo del devanado excéntrico de dos capas

14- Defina la potencia nominal de un motor asincrónico trifásico

15 –Como se calcula el numero de conductores por ranura en un motor trifásicocuando existe la placa característica


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16 –Como se calcula el numero de conductores por ranura en un motor trifásicocuando no existe la placa característica

17 – Como es proceso de calculo para determinar la potencia de salida

aproximada del núcleo en KILOWATT


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GLOSARIO

Mandoautomático:

Mando de una maniobra, efectuada sin intervención humana,cuando se producen las condiciones ...

Mandomanual: Mando de una maniobra efectuada por intervención humana.

Maniobra: (de un aparato mecánico de conexión) Paso de unos contactosmóviles de una posición a otra.

Maniobra deabertura odesconexión:

Maniobra por medio de la cual se hace pasar al aparato de laposición cerrado a la posición abierto.

Maniobra decierre oconexión:

(de un aparato mecánico de conexión) Maniobra por medio dela cual se hace pasar al aparato de la ...

Motor de inducción Trifásico Son maquinas de impulsión eléctrica donde la energía eléctrica essuministrada al bobinado del motor .

Los campos alternosEs cuando una de otras darán lugar a un campo magnético giratorio cuando eldesfase entre las dos corrientes que circulan por ellas sea aproximadamente90º

A Amplitud o abertura de bobinas , inclusive (no debe confundirse con el pasoque representa la abertura de avance de ranuras.

Brincador Consiste en una junta larga entre bobinas.

D.C

Delga del conmutador

Devanar Operación técnica que consiste en efectuar arrollamientos de alambres endiferentes planos para la producción de energía eléctrica

Deslizador


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Cubierta de ranura se proyecta más allá de la abertura de esta

D.F.CDiferencia del extremo de la flecha D.F a los cabezales


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BIBLIOGRAFÍA

• Electrotecnia curso elemental libro GTZ. H.Hubscher, J. Klaue W. Pfluger, S Appelt

• Fundamentos de electricidad, Mileaf Harry.

• Rebobinado de motores y transformadores , Kart Wilkinson

• Tecnología Eléctrica 2 Ricardo Casado

manual de devanado de motores trifasicos

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