Apuntes bobinados

CEFIRE ELDA

BOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA

 APUNTES Y EJERCICIOS EJERCICIOS PRÁCTICOS  PRÁCTICOS 

Juan José Hoyos García 20/04/2007

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN 2 OBJETIVOS 3 CONCEPTOS GENERALES 3.1 Generación de fem 3.2 Bobinas 3.3 Conceptos de paso polar y paso de ranura 3.4 Bobinados de una y de dos capas por ranura 3.5 Bobinados abiertos 3.6 Velocidad eléctrica. Frecuencia de una fem alterna 4 BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA 4.1 Condiciones de los bobinados de corriente alterna 4.2 Conexión de los conductores activos de una bobina. Tipos de bobinados 4.3 Bobinados por polos y por polos consecuentes 4.4 Conexión de los grupos de una fase 4.5 Número de ranuras por polo y fase 4.6 Número de bobinas por grupo 4.7 Extremos de las fases y distancias entre los principios de fases 4.8 Determinación de los principios en un devanado trifásico 4.9 Verificación de las conexiones de las fases 5 BOBINADOS CONCENTRICOS 5.1 Por polos 5.2 Por polos consecuentes 6 BOBINADOS EXCÉNTRICOS 6.1 Bobinados imbricados enteros 6.2 Bobinados imbricados fraccionarios 6.3 Bobinados fraccionarios irregulares 6.4 Bobinados fraccionarios con tres secciones muertas 7 DOCUMENTOS DE APOYO Y BIBLIOGRAFÍA ANEXO I

RELACIÓN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS

ANEXO II

TABLAS DE FÓRMULAS

ANEXO III

EJERCICIOS PROPUESTOS

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

1

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BOBINADO DE MOTORES

ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN 2 OBJETIVOS 3 CONCEPTOS GENERALES 3.1 Generación de fem 3.2 Bobinas 3.3 Conceptos de paso polar y paso de ranura 3.4 Bobinados de una y de dos capas por ranura 3.5 Bobinados abiertos 3.6 Velocidad eléctrica. Frecuencia de una fem alterna 4 BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA 4.1 Condiciones de los bobinados de corriente alterna 4.2 Conexión de los conductores activos de una bobina. Tipos de bobinados 4.3 Bobinados por polos y por polos consecuentes 4.4 Conexión de los grupos de una fase 4.5 Número de ranuras por polo y fase 4.6 Número de bobinas por grupo 4.7 Extremos de las fases y distancias entre los principios de fases 4.8 Determinación de los principios en un devanado trifásico 4.9 Verificación de las conexiones de las fases 5 BOBINADOS CONCENTRICOS 5.1 Por polos 5.2 Por polos consecuentes 6 BOBINADOS EXCÉNTRICOS 6.1 Bobinados imbricados enteros 6.2 Bobinados imbricados fraccionarios 6.3 Bobinados fraccionarios irregulares 6.4 Bobinados fraccionarios con tres secciones muertas 7 DOCUMENTOS DE APOYO Y BIBLIOGRAFÍA ANEXO I

RELACIÓN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS

ANEXO II

TABLAS DE FÓRMULAS

ANEXO III

EJERCICIOS PROPUESTOS

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

1

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BOBINADO DE MOTORES

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1

BOBINADO DE MOTORES

INTRODUCCIÓN

La publicación de estos apuntes sobre bobinados de motores eléctricos pretender ser  una herramienta de aprendizaje tanto para los alumnos como para los profesores de Ciclos Formativos de la rama de Electricidad. Electricidad. Con la mínima teoría y a partir de esquemas, dibujos y ejercicios se pretende que el aprendizaje sea un proceso evolutivo y continuo. Espero y deseo deseo que los los compañ compañero eross profes profesore oress de ciclo cicloss pueda puedan n aprove aprovecha charlo rloss en sus clases clases lectivas, profundizando en ellos lo que les interese en cada curso. Los contenidos de estos apuntes son de provecho para el CFG Medio de Equipos e Instalaciones Instalaciones Electrotécnica Electrotécnicass, en con concre creto para ara el mód módulo ulo de Mantenimiento Mantenimiento de Máquinas Eléctricos impartido en segundo curso. Para Para el desa desarr rrol ollo lo curr curric icul ular ar de los los ejer ejerci cici cios os prop propue uest stos os se han han toma tomado do como como referencias las capacidades terminales, criterios de evaluación y contenidos del currículo que aparecen en los siguientes Reales Decretos: - RD 629/19 629/1995, 95, título título y enseñ enseñanz anzas as mínima mínimas. s. - RD 196/ 196/19 1996 96,, curr currícu ículo lo.. En este módulo de carácter práctico se incluye el cálculo y diseño de bobinados bobinados no solo de motores eléctricos de todo tipo sino también de transformadores. Además de ensayos y formas de controlarlos. controlarlos. Es un módul módulo o que se desar desarrol rolla la norma normalme lmente nte en los talle talleres res de elect electric ricid idad. ad. No obsta obstante nte,, tambi también én es aconse aconseja jable ble el uso de orden ordenado adores res para para buscar buscar infor informac mació ión n en catálogos CD-ROM, Internet o utilizar programas de diseño o de cálculo.

2

OBJETIVOS

Los ejemplos resueltos y ejercicios propuestos en esta publicación tienen la siguiente capacidad terminal : 1. Diseñ Diseñar ar y calcul calcular ar máquin máquinas as eléct eléctric ricas as rotativa rotativass de corrien corriente te alterna. alterna. Compren Comprende derr su funcionamiento para poder realizar ensayos normalizados y su mantenimiento. Además de localizar y corregir las averías. Asegurar el rendimiento y seguridad en su régimen nominal de funcionamiento.

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3

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3 CONCEPTOS GENERALES 3.1

GENERACIÓN DE FEM

a) En un conductor. Es necesario que dicho conductor se encuentre en el interior de un campo magnético y que exista un movimiento relativo entre ambos (puede ser el conductor  el que se mueva mientras que el campo permanece fijo, o viceversa) El valor de esta FEM inducida en el conductor es: e = B.l.v y su polaridad se determina mediante la aplicación de la regla de la mano derecha. b) En una espira. La espira está constituida por dos conductores, en los que se inducen fems que han de sumarse, para lo cual es necesario que dichos conductores, que reciben el nombre de activos, se encuentren bajo polos de nombre contrario. La parte de conductor que los une, recibe el nombre de cabeza de espira

3.2

BOBINAS

Son los conjuntos compactos de espiras que unidos entre si constituyen el bobinado inducido de una máquina. El valor de la FEM que se induce en una bobina tiene la siguiente expresión: eB = 2.N.B.l.v

3.3

CONCEPTOS DE PASO POLAR Y PASO DE RANURA

a) Paso polar. Es la distancia que existe entre los ejes de dos polos consecutivos expresada en número de ranuras. Su valor corresponde a la siguiente expresión: Y  p

=

 K  2 p

b) Ancho de bobina o paso de ranura. Para que en una bobina se sumen las fems inducidas en la totalidad de los conductores, es preciso que en todo instante los dos lados activos de cada espira de esa bobina se encuentren situados simultáneamente bajo polos de nombre contrario. Para ello es necesario que el ancho de bobina, es decir el número de ranuras que hay que saltar para ir de un lado activo de la bobina al otro, sea aproximadamente igual al paso polar. Por lo tanto tendremos:

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4

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Y  K 

≈

Paso diametral, acortado y alargado. El paso de ranura se llama diametral cuando coincide con el paso polar es decir: Yk = Yp Se llama paso acortado cuando YkYp

3.4

BOBINADOS DE UNA Y DE DOS CAPAS POR RANURA

Los bobinados de le máquinas eléctricas, van alojados en huecos practicados sobre la periferia interior del estator, si es este el que soporta dicho bobinado o bien sobre la periferia exterior del rotor en el caso de tener que alojarlo en esta parte de la máquina. En cualquier  caso estos huecos reciben el nombre de ranuras y se distribuyen uniformemente a lo largo de la periferia del rotor o del estator. Según el número de lados activos de bobinas distintas que encontremos alojados en cada ranura, podemos clasificar los bobinados en: - Bobinados de una capa: Son aquellos en los que solo existe un haz activo por ranura. En este tipo de bobinados cada bobina ocupará dos ranuras. B = K/2 - Bobinados de dos capas: En este tipo, de bobinados tendremos dos haces activos por  ranura. La capa que está al fondo de la ranura se llama inferior o interior y la que se encuentra junto al entrehierro se llama superior o exterior. Cada bobina tiene un lado en la capa inferior y otro en la superior. En este caso el nº de bobinas será B=K

3.5

BOBINADOS ABIERTOS

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5

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Las máquinas de corriente alterna tienen bobinados abiertos, pues cada una de sus fases presenta dos extremos libres, principio y final, que se llevan a la placa de bornas o al colector de anillos.

3.6

VELOCIDAD ELÉCTRICA. FRECUENCIA DE UNA FEM ALTERNA

Para generar una fem alterna debemos hacer girar un conductor en el seno de un campo magnético uniforme y fijo. De esta forma obtendremos una señal completa cada vez que demos una vuelta, por lo tanto la frecuencia de la señal, será el número de vueltas que demos por segundo. Es decir:

f = n/60

n en rpm

Si colocamos dos pares de polos en lugar del único que tenemos hasta ahora la frecuencia de la señal será el doble (manteniendo la misma velocidad) pues en cada vuelta avanzaremos dos ciclos eléctricos completos. De forma general tendremos: f = p. n/60

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4 BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA 4.1

CONDICIONES DE LOS BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA - Todas las fases deberán tener el mismo número de espiras por fase. - En los bobinados con circuitos paralelos todas las ramas deben tener igual resistencia y producir fems iguales. - Las fases deben estar desfasadas el ángulo característico del sistema al que correspondan.

4.2

CONEXIÓN DE LOS CONDUCTORES ACTIVOS DE UNA BOBINA. TIPOS DE BOBINADOS

Sean los conductores activos A B C D E F que se encuentran bajo dos polos de nombre contrario y son consecutivos, nos encontramos que los podemos conectar de dos formas distintas manteniendo igual fem resultante entre principio y final de cada grupo. Como vemos podemos conseguir el mismo resultado con dos formas constructivas diferentes. Ésto permite dividir los bobinados en dos grandes grupos: Bobinados Concéntricos: Son aquellos bobinados en los lados activos de una misma fase situados frente a polos consecutivos, son unidos por cabezas concéntricas formando así verdaderos grupos de bobinas Bobinados Excéntricos: Son aquellos en los cuales los lados activos de una misma fase situados frente a polos consecutivos irán unidos mediante un solo tipo de cabezas de forma que el bobinado está constituido por un determinado número de bobinas iguales.

4.3

BOBINADOS POR POLOS Y POR POLOS CONSECUENTES

El conjunto de bobinas que unen los lados activos de una misma fase, situados enfrente a polos consecutivos recibe el nombre de grupo. Según el número de grupos que conforman cada fase de los bobinados de ca se clasifican en: JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

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Bobinados por polos: Son aquellos bobinados en los que en cada fase hay tantos grupos como número de polos, por lo tanto: Gf = 2p

G = 2pq

Las fem generadas son alternativamente de sentido contrario, de manera que si en un grupo el sentido es horario, en el siguiente será antihorario.

Bobinados por polos consecuentes: Un bobinado se dice ejecutado por polos consecuentes cuando el número de grupos que lo componen es igual al número de pares de polos. Por tanto tendremos:

Gf = pG = pq

La característica constructiva de estos bobinados es que todos los lados activos de una misma fase colocados bajo un mismo polo, son unidos a los lados activos de esa misma fase situados frente a un sólo polo vecino al primero, sea el anterior o el posterior. Ésto da lugar a que todos los lados activos de los grupos de una misma fase, generen fems, con el mismo sentido instantáneo, bien sea horario o antihorario.

4.4

CONEXIÓN DE LOS GRUPOS DE UNA FASE

De acuerdo con lo anteriormente expuesto, existen dos reglas para la correcta conexión de los grupos de una fase.

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En los bobinados por polos se unirá el final del primer grupo con el final del segundo grupo, el principio de este con el principio del tercero, el final del tercero con el final del cuarto, etc. Se une final con final y principio con principio. En los bobinados por  polos consecuentes se unirá el final del primer grupo con el principio del segundo; el final de este con el principio del tercero, el final del tercero con el principio del cuarto, etc. Es decir, se une final con principio.

4.5

NÚMERO DE RANURAS POR POLO Y FASE

El número de ranuras que bajo cada polo corresponde a cada fase la obtenemos dividiendo el número total de ranuras entre el número de polos. Es decir: Kpq = K/2pq Para que este número sea entero, para cada valor de “p” y “q” el número de ranuras totales “K” habrá de tener un valor determinado por la expresión anterior.

4.6

NÚMERO DE BOBINAS POR GRUPO

El número de bobinas totales, según hemos visto viene determinado por el número de capas del bobinado. - Si el bobinado es de una capa tendremos que B = K/2 - Si el bobinado es de dos capas tendremos que B = K Conocidos el número total de bobinas "B" y el número total de grupos “G” (PP = 2pq y PPC = pq), el número de bobinas por grupo vendrá determinado por: U = B/G

4.7

EXTREMOS DE LAS FASES Y DISTANCIAS ENTRE LOS PRINCIPIOS DE FASES

En los bobinados de ca, cada fase presenta dos extremos libres, principios y final. Para denominarlos se utiliza la siguiente nomenclatura: 1ª fase 2ª fase 3ª fase

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U V W

X Y Z

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Para que las fases que forman el bobinado generen fem defasadas en el ángulo característico del sistema, es necesario que los principios de las fases estén alojados en ranuras separadas un ángulo que corresponda al sistema.  A una vuelta del inducido corresponden tantos ciclos eléctricos como pares de polos tiene la máquina y como cada ciclo representa 360º eléctricos, resulta que: 1 vuelta del inducido = p. 360º eléctricos  A una vuelta del inducido le corresponden las "K" ranuras de la armadura, luego 360º eléctricos abarcarán un número da ranuras igual a: 360º = K/p Si el sistema es trifásico, los principios de las fases deben estar situados sobre ranuras defasadas 120º eléctricos, luego la distancia entre los mismos expresada en ranuras será de: Y120 = K/3p Si el sistema fuese bifásico tendríamos: Y90 = K/4p

4.8

DETERMINACIÓN DE LOS PRINCIPIOS EN UN DEVANADO TRIFÁSICO

En un devanado trifásico, pueden ser tomados como principio de una fase determinada todas las ranuras separadas un ángulo correspondiente a un ciclo completo. En una máquina multipolar, existen varias ranuras en tales condiciones. Para determinarlas, se prepara un cuadro con tres columnas una para cada fase, y con tantas líneas como pares de polos tenga la máquina. Conociendo el paso de principios de fase (Y 120), comenzaremos colocando un 1 en el cuadro superior izquierdo, para posteriormente en sentido de le escritura, ir situando los números que se obtienen al ir añadiendo sucesivamente el paso de principios.  Así obtendremos en cada columna los números de las ranuras que pueden ser los principios de fase, eligiendo de entre ellos los más interesantes, con la precaución de que cada uno de ellos pertenezca a una columna distinta. Si el bobinado es estatórico, conviene elegir la construcción que exija cables de salida a la placa de bornas lo mas cortos posibles. Si el bobinado es rotórico conviene elegir la construcción de principios equidistantes geométricamente con el fin de equilibrarlo dinámicamente.

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U 1

V

→K/3P

W

↓ K/P

4.9

VERIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES DE LAS FASES

Sobre el esquema podemos comprobar si la conexión entre las bobinas de las distintas fases es o no correcta sin mas que verificar que se forma el número de polos correctos de la máquina al hacer circular imaginariamente las corrientes por los devanados, teniendo en cuenta el sentido de recorrido de acuerdo con la polaridad de cada fase en el instante elegido. Para la comprobación de los bobinados trifásicos, tendremos en cuenta que una fase tiene siempre polaridad contraria a otras dos, por lo que al hacer circular las corrientes por  las tres fases del bobinado deberemos dar sentidos positivos en dos de ellas y negativo en la otra.

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5 BOBINADOS CONCENTRICOS Se dice que un bobinado es concéntrico, cuando todas las bobinas que lo constituyen tienen un mismo centro, por lo que todas las bobinas de un mismo grupo son diferentes. Estos bobinados se pueden construir por polos y por polos consecuentes. Cálculo de un bobinado concéntrico: Es necesario disponer de los datos necesarios para calcular el bobinado: a) Número de ranuras: K b) Número de polos: 2p c) Número de fases: q d) Si el bobinado se realiza por polos o por polos consecuentes. Solamente será posible la ejecución del bobinado cuando el número de ranuras por polo y fase sea un número entero. Kpq =

K 2pq

=

número entero

- Por polos: Número de grupos del bobinado G = 2pq

Número de grupos por fase Gf 

2p

=

Número de ranuras por polo y fase K

Kpq =

2pq

Número de bobinas por grupo U=

K 4pq

 Amplitud del grupo m =(q- 1

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)

×

2U

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- Por polos consecuentes: Número de grupos del bobinado G=pq

Número de grupos por fase G f 

=

p

Número de ranuras por polo y fase Kpq =

K 2pq

Número de bobinas por grupo U=

K 2pq

 Amplitud del grupo m=(q-1

)

×

U

Paso de principios para ambos: en la siguiente fórmula se da el paso de principios, teniendo presente que los bobinados aquí realizados son trifásicos.  Y120

=

K 3p

Tabla de principios para ambos: conociendo el paso de principios se establecerá las ranuras cuyos principios o finales corresponden a las tres fases U-V-W. Forma práctica de realizar el esquema: 1) Para cada una de las fases del esquema, se emplearán trazos o colores diferentes, de forma que se distingan fácilmente entre sí. 2) Se realizará el trazado de los grupos con sus respectivos trazos y colores. 3) Se procederá a la unión de los grupos que forman las fases. 4) Los principios de las fases se elegirán con arreglo a la tabla de principios. 5) Se determinará la polaridad. En sistemas trifásicos considerando que la corriente entra por dos fases y sale por la tercera.

Ejemplo 1: Calcular un bobinado concéntrico por polos cuyos datos son: Nº de ranuras K = 24 JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

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Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Nº de grupos del bobinado G = 2pq = 4 × 3 = 12

Nº de ranuras por polo y fase Kpq =

K 2pq

=

24 4×3

=

2

Como la fórmula que da la posibilidad de ejecución es la misma fórmula que la de número de ranuras por polo y fase, no será necesario hacer este cálculo, ya que si Kpq da entero, será posible la realización de este bobinado. Nº de bobinas por grupo U=

K 4pq

24

=

4× 2× 3

=

24 24

=

1

 Amplitud de grupo m = ( q - 1)

×

2U = ( 3 − 1)

×

2 × 1= 2 × 2 × 1 = 4

Paso de principios  Y120 =

K 3p

=

24 3× 2

=

24 6

=

4

Tabla de principios U 1 13

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V 5 17

W 9 21

14

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BOBINADO DE MOTORES

Dibujo del bobinado

U (U1)

Z (W2)

V (V1)

W (W1)

X (U2)

Y (V2)

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15

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BOBINADO DE MOTORES

Ejemplo 2: Calcular un bobinado concéntrico por polos consecuentes cuyos datos son: Nº de ranuras K = 18 Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 3 Nº de grupos del bobinado G = pq = 1 × 3 = 3

Nº de ranuras por polo y fase Kpq =

K 2pq

=

18 2×3

=

3

Como la fórmula que da la posibilidad de ejecución es la misma fórmula que la de número de ranuras por polo y fase, no será necesario hacer este cálculo, ya que si Kpq da entero, será posible la realización de este bobinado. Nº de bobinas por grupo K

18

18

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BOBINADO DE MOTORES

Ejemplo 2: Calcular un bobinado concéntrico por polos consecuentes cuyos datos son: Nº de ranuras K = 18 Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 3 Nº de grupos del bobinado G = pq = 1 × 3 = 3

Nº de ranuras por polo y fase Kpq =

K 2pq

=

18 2×3

=

3

Como la fórmula que da la posibilidad de ejecución es la misma fórmula que la de número de ranuras por polo y fase, no será necesario hacer este cálculo, ya que si Kpq da entero, será posible la realización de este bobinado. Nº de bobinas por grupo U=

K 2pq

=

18 2 ×3

=

18 6

=

3

 Amplitud de grupo m = ( q - 1)

×

U = ( 3 − 1)

×

3=2×3=6

Paso de principios  Y120 =

K 3p

=

18 3 ×1

=

18 3

=

6

Tabla de principios U 1

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

V 7

W 13

16

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BOBINADO DE MOTORES

Dibujo del bobinado

U

Z

V

X

W

Y

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

17

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BOBINADO DE MOTORES

6 BOBINADOS EXCÉNTRICOS En los bobinados excéntricos, todas las bobinas del devanado son iguales. Todos los bobinados excéntricos son realizados por polos, por lo que teniendo esto presente resulta que cada fase tiene tantos grupos de bobinas como polos tiene la máquina. Los bobinados excéntricos de corriente alterna pueden ser imbricados y ondulados y realizarse con una o dos capas. Los bobinados imbricados pueden ser enteros y fraccionarios.

  Enteros Imbricados  Regulares Bobinados excentricos Frac ionarios I r e g u l a r e s  

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BOBINADO DE MOTORES

6 BOBINADOS EXCÉNTRICOS En los bobinados excéntricos, todas las bobinas del devanado son iguales. Todos los bobinados excéntricos son realizados por polos, por lo que teniendo esto presente resulta que cada fase tiene tantos grupos de bobinas como polos tiene la máquina. Los bobinados excéntricos de corriente alterna pueden ser imbricados y ondulados y realizarse con una o dos capas. Los bobinados imbricados pueden ser enteros y fraccionarios.

  Enteros Imbricados  Regulares Bobinados excentricos Frac ionarios I r e g u l a r e s  

 Ondulados 6.1

BOBINADOS IMBRICADOS ENTEROS

 A continuación se enumeran los puntos a seguir en el proceso de cálculo de bobinados imbricados enteros que pueden ser de una o dos capas. Son los más sencillos de calcular, ya que no presentan ninguna irregularidad, tanto en su cálculo como en su ejecución. Datos necesarios para calcular el bobinado imbricado. a) Número de ranuras K b) Número de polos 2p c) Número de fases q d) Indicar si el número de bobinas es igual al número de ranuras, es decir, si es de una o dos capas. Número de grupos del bobinado G = 2pq

Número de ranuras por polo y fase JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

18

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BOBINADO DE MOTORES K

Kpq =

2pq

Número de bobinas por grupo U=

B 2pq

1 capa (B = K/2 ) 2 capas (B = K )

Paso de ranura: corresponde aproximadamente al paso polar.  Yk =

K 2p

Se podrá acortar según convenga y dentro de unos límites justificados. Cuando no se acorte y el paso de ranura Y K sea igual al paso polar Yp, entonces el paso empleado se le llama diametral. Paso de principios K

 Y120 =

3p

Tabla de principios: por último se establecerá el correspondiente cuadro de principios con el fin de poder elegir los principios de fase adecuados para el bobinado. Ejemplo 3: Calcular un bobinado imbricado excéntrico por polos cuyos datos son: Nº de ranuras K = 12 Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K/2 Número de grupos del bobinado G = 2pq = 2 × 3 = 6

Número de ranuras por polo y fase Kpq =

K 2pq

=

12 2× 3

12

=

6

=

2

Número de bobinas por grupo U=

B 2pq

=

6 2×3

=

6 6

=

1

Paso de ranura  Yk =

K 2p

=

12 2

=

6

 YK = 5 (acortado en una unidad) Paso de bobina JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

19

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BOBINADO DE MOTORES

1 + 5 = 6 De 1 a 6 Paso de principios  Y120 =

K 3p

=

12 3×1

=

12 3

=

4

Tabla de principios U 1

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

V 5

W 9

20

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BOBINADO DE MOTORES

Dibujo del bobinado

U

Z

V

X

W

Y

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BOBINADO DE MOTORES

Ejemplo 4: Calcular un bobinado imbricado excéntrico por polos cuyos datos son: Nº de ranuras K = 24 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K Número de grupos del bobinado G = 2 p q = 4 × 3 = 12

Número de ranuras por polo y fase Kpq =

K 2pq

=

24 4×3

=

24 12

=

Número de bobinas por grupo U=

B 2pq

=

24 4×3

=

24 12

Paso de ranura  Yk =

Paso de bobina

K 2p

=

24 4

=

6

=

2

2

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BOBINADO DE MOTORES

Ejemplo 4: Calcular un bobinado imbricado excéntrico por polos cuyos datos son: Nº de ranuras K = 24 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K Número de grupos del bobinado G = 2 p q = 4 × 3 = 12

Número de ranuras por polo y fase K

Kpq =

2pq

=

24 4×3

24

=

2

=

12

Número de bobinas por grupo U=

B

=

2pq

24 4×3

=

24 12

=

2

Paso de ranura  Yk =

K 2p

=

24 4

=

6

Paso de bobina 1+6=7

De 1 a 7

Paso de principios  Y120 =

K 3p

=

24 3×2

=

24 6

=

4

Tabla de principios U 1 13

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

V 5 17

W 9 21

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Dibujo del bobinado

U

Z

V

W

X

Y

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

23

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6.2

BOBINADO DE MOTORES

BOBINADOS IMBRICADOS FRACCIONARIOS

Un bobinado imbricado es fraccionario, cuando la fórmula que da el número de bobinas por grupo U, no es entero.

Si

U=

B 2pq

no es entero, el bobinado será fraccionario.

Los bobinados imbricados fraccionarios, se emplean con preferencia en los alternadores, por obtenerse en ellos una curva senoidal más precisa. Los bobinados fraccionarios pueden ser simétricos y asimétricos. Si el número de bobinas por grupo no es un número entero, por ejemplo, 2,5 y como no es posible hacer un grupo con dos bobinas y media, la solución es hacer grupos alternados de dos y tres bobinas. La distribución de los grupos no podrá ser arbitraria, sino con cierta uniformidad a la que llamamos SIMETRÍA y a partir de aquí se obtendrán los llamados grupos de repetición. Condición de simetría: Para que un bobinado fraccionario sea simétrico, se requiere que el número de bobinas

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6.2

BOBINADO DE MOTORES

BOBINADOS IMBRICADOS FRACCIONARIOS

Un bobinado imbricado es fraccionario, cuando la fórmula que da el número de bobinas por grupo U, no es entero.

Si

U=

B 2pq

no es entero, el bobinado será fraccionario.

Los bobinados imbricados fraccionarios, se emplean con preferencia en los alternadores, por obtenerse en ellos una curva senoidal más precisa. Los bobinados fraccionarios pueden ser simétricos y asimétricos. Si el número de bobinas por grupo no es un número entero, por ejemplo, 2,5 y como no es posible hacer un grupo con dos bobinas y media, la solución es hacer grupos alternados de dos y tres bobinas. La distribución de los grupos no podrá ser arbitraria, sino con cierta uniformidad a la que llamamos SIMETRÍA y a partir de aquí se obtendrán los llamados grupos de repetición. Condición de simetría: Para que un bobinado fraccionario sea simétrico, se requiere que el número de bobinas del devanado dividido por la constante propia CP (expresada en la siguiente tabla) de un número entero. Nº de polos 2p 2 4 6 8 10 12 14

Constante propia (CP) Bifásica Trifásica 4 3 8 3 4 9 16 3 4 3 8 9 4 3

Ejemplo: Determinar la clase de bobinado y si es simétrico un bobinado cuyo número de polos 2p = 2, número de bobinas B = 9 y número de fases q = 3. Número de bobinas por grupo U=

B 2pq

=

9 2×3

=

9 6

=

1,5

es decir 

1+

1 2

Por lo que el bobinado es fraccionario. SIMETRÍA =

B CP

=

9 3

=

3

Por lo que al ser entero el bobinado es simétrico. JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

24

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

Proceso de cálculo: 1. Datos necesarios para calcular el bobinado imbricado fraccionario simétrico. a) Número de ranuras K b) Número de polos 2p c) Número de fases q d) Número de bobinas B e) Indicación de si el bobinado se realiza por polos. 2. Número de grupos del bobinado G = 2pq

3. Número de ranuras por polo y fase Kpq =

K 2pq

4. Simetría: si el número de ranuras por polo y fase Kpq, resulta fraccionario se comprobará si dicho bobinado es simétrico, aplicando la fórmula de simetría. Simetria =

B CP

Si el número resulta entero será simétrico. 5. Número de bobinas por grupo (1) U=

B 2pq

6. Distribución de los grupos en el bobinado: seguidamente se procederá a determinar  como se han de distribuir los grupos, así como el número de bobinas que han de llevar cada grupo. De la fórmula (1), y cuyo resultado es fraccionario se indica de la siguiente manera. U=E+

-

D d

E: parte entera. D: numerador de la fracción. d: denominador de la fracción.

El número de bobinas del grupo pequeño viene dado por E. El número de bobinas del grupo grande viene dado por E+1. En cada grupo de repetición GR hay un número de grupos grandes D. En cada grupo de repetición GR hay un número de grupos pequeños d-D.

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

25

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

Grupos de repetición: los grupos de bobinas que se repiten con simetría, se llaman grupos de repetición; su número está expresado por la siguiente fórmula: GR =

2p d

 A continuación se procederá a establecer la distribución de los grupos de bobinas para diferentes fracciones de U. 7. Paso de ranura.  Yk =

K 2p

8. Paso de principios.  Y120 =

K 3p

9. Tabla de principios: la realización del cuadro de principios se hará igual a la empleada en los demás bobinados de ca

Ejemplo 5: Calcular un bobinado imbricado fraccionario realizado por polos cuyos datos son: Nº de ranuras K = 18 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K (a dos capas) Número de grupos del bobinado G = 2 p q = 4 × 3 = 12

Número de ranuras por polo y fase Kpq =

Simetria =

B

K 2pq 18

CP

=

3

=

=

18 4×3

=

18 12

= 1,5

1

1 2

6

entero, por lo que es simétrico.

Número de bobinas por grupo U=

B 2pq

=

18 4×3

Número de bobinas grupos pequeños: Número de bobinas grupos grandes:

=

18 12

=

1,5

1

1 2

E=1 E+1= 1 + 1 = 2

Grupos de repetición JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

26

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES 2p

GR =

d

Número de grupos grandes en cada GR Número de grupos pequeños en cada GR  Así pues queda:

=

4 2

=

2

D=1 d-D = 2 - 1 = 1

AA-B-CC-A-BB-C

(2 veces)

Paso de ranura  Yk =

K 2p

=

18 4

=

4,5

 Acortado en 0,5

Paso de principios  Y120 =

K 3p

=

18 3× 2

=

18 6

=

3

Tabla de principios U 1 10

V 4 13

W 7 16

Dibujo del bobinado

U

Z

V

W

X

Y

Ejemplo 6: Calcular un bobinado imbricado fraccionario realizado por polos cuyos datos son: Nº de ranuras K = 18 JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

27

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K/2 Número de grupos del bobinado G=2pq = 2 × 3 = 6

Número de ranuras por polo y fase Kpq =

Simetria =

B CP

9 =

=

K 2pq

18

=

2

×

=

3

18

=

6

3

3

entero, por lo que es simétrico

3

Número de bobinas por grupo U=

B 2pq

=

9 2 ×3

=

9 6

=

1,5

1

1 2

Número de bobinas grupos pequeños E = 1 Número de bobinas grupos grandes E+1= 1 + 1 = 2 Grupos de repetición 2p

GR =

d

=

Número de grupos grandes en cada GR Número de grupos pequeños en cada GR  Así pues queda: AA-B-CC-A-BB-C

2 2

=

1

D=1 d-D = 2 - 1 = 1

Paso de ranura  Yk =

K 2p

=

18 2

=

9

Paso de bobina de 1 a 10

Paso de principios  Y120 =

K 3p

=

18 3 ×1

=

18 3

=

6

Tabla de principios. U 1

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

V 7

W 13

28

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

Dibujo del bobinado

U

Z

V

X

W

Y

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

29

CEFIRE DE ELDA

6.3

BOBINADO DE MOTORES

BOBINADOS FRACCIONARIOS IRREGULARES

Cuando en un bobinado fraccionario al determinar su simetría y dividir B por la constante propia CP, no da un número entero se tiene un bobinado irregular. En los bobinados de seis y doce polos en los que el número de bobinas no es divisible por la constante propia 9, pero si lo es por 3, se pueden resolver estos bobinados utilizando el bobinado fraccionario irregular, tanto para motores de jaula de ardilla, como para alternadores. En estos bobinados la distribución no es regular y no se puede hacer por el método indicado para los bobinados fraccionarios regulares. En la tabla que se inserta a continuación se indica la forma práctica de hacer la distribución.  A excepción de la distribución de las bobinas, con su cálculo, el proceso de cálculo a seguir es similar al de los bobinados imbricados fraccionarios regulares. Seguidamente se incluye un bobinado en que se podrá apreciar lo indicado en el punto anterior. U E+1/3

Polo 1  A B C E+1 E E

Polo 2 A B C E E E+1

A E

Polo 3 B C E+1 E

CEFIRE DE ELDA

6.3

BOBINADO DE MOTORES

BOBINADOS FRACCIONARIOS IRREGULARES

Cuando en un bobinado fraccionario al determinar su simetría y dividir B por la constante propia CP, no da un número entero se tiene un bobinado irregular. En los bobinados de seis y doce polos en los que el número de bobinas no es divisible por la constante propia 9, pero si lo es por 3, se pueden resolver estos bobinados utilizando el bobinado fraccionario irregular, tanto para motores de jaula de ardilla, como para alternadores. En estos bobinados la distribución no es regular y no se puede hacer por el método indicado para los bobinados fraccionarios regulares. En la tabla que se inserta a continuación se indica la forma práctica de hacer la distribución.  A excepción de la distribución de las bobinas, con su cálculo, el proceso de cálculo a seguir es similar al de los bobinados imbricados fraccionarios regulares. Seguidamente se incluye un bobinado en que se podrá apreciar lo indicado en el punto anterior. U E+1/3 E+2/3

Polo 1  A B C E+1 E E E+1 E+1 E

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

Polo 2 A B C E E E+1 E+1 E E+1

A E E

Polo 3 B C E+1 E E+1 E+1

30

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

Ejemplo 7: Calcular un bobinado imbricado fraccionario irregular realizado por polos: Nº de ranuras K = 30 Nº de polos 2p = 6 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K (dos capas) G = 2 p q = 6 × 3 = 18

Número de grupos del bobinado

Kpq =

Número de ranuras por polo y fase Simetria =

B CP

=

30 9

=

K 2pq

3,3

30 6×3

=

30 18

= 1,66

1

2 3

(al no ser entero no es simétrico).

U=

Número de bobinas por grupo

=

B 2pq

Número de bobinas grupos pequeños Número de bobinas grupos grandes Grupos de repetición

=

30 6×3

=

30 18

=

1,66

1

2 3

E =1 E+1= 1 + 1 = 2

GR =

2p d

=

6 3

=

2

Número de grupos grandes en cada GR D = 2 Número de grupos pequeños en cada GR d-D = 3 - 2 = 1  Así pues queda: AA-BB-C-AA-B-CC-A-BB-CC

Paso de ranura

Paso de principios Tabla de principios U 1 11 21

 Yk =

K

=

2p

 Y120 =

K 3p

30 6

=

V

W

13

23

3

3

43

53

3

3

73

83

3

3

=5

30 3×3

Paso de bobina de 1 a 6 =

30 9

=

10 3

Se toman como principios:

U-1, V-14, W-8

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

31

CEFIRE DE ELDA

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

BOBINADO DE MOTORES

32

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

Dibujo del bobinado

U

Z

W

 Y

V

X

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

CEFIRE DE ELDA

6.4

33

BOBINADO DE MOTORES

BOBINADOS FRACCIONARIOS CON TRES SECCIONES MUERTAS

Existen bobinados fraccionarios irregulares, en los que eliminando tres bobinas denominadas bobinas muertas, se consigue hacerlos enteros. Las tres bobinas no corresponderán a tres bobinas cualesquiera de la armadura, sino que deberán estar situadas a 120 grados eléctricos. Para la distribución de las tres bobinas muertas se presentan dos casos: 1º Si el número de polos de la máquina no es múltiplo de 3. En este caso las tres bobinas muertas irán situadas a 120 grados geométricos entre sí, de modo que serán equidistantes entre ellas. 2º Si el número de polos de la máquina es múltiplo de 3. En este caso no sucederá lo expuesto para el primero y, por tanto, la distribución de las bobinas muertas se hará en las tres fases de la forma más equidistante posible, correspondiendo cada bobina muerta a cada una de las tres fases del bobinado.  A pesar de que las tres bobinas muertas no se conecten, no por eso han de dejarse de colocar en el bobinado, pues son necesarias, para equilibrar la masa, si son bobinados giratorios y para dar uniformidad a dicho bobinado y más cuando la distribución no es a 120

CEFIRE DE ELDA

6.4

BOBINADO DE MOTORES

BOBINADOS FRACCIONARIOS CON TRES SECCIONES MUERTAS

Existen bobinados fraccionarios irregulares, en los que eliminando tres bobinas denominadas bobinas muertas, se consigue hacerlos enteros. Las tres bobinas no corresponderán a tres bobinas cualesquiera de la armadura, sino que deberán estar situadas a 120 grados eléctricos. Para la distribución de las tres bobinas muertas se presentan dos casos: 1º Si el número de polos de la máquina no es múltiplo de 3. En este caso las tres bobinas muertas irán situadas a 120 grados geométricos entre sí, de modo que serán equidistantes entre ellas. 2º Si el número de polos de la máquina es múltiplo de 3. En este caso no sucederá lo expuesto para el primero y, por tanto, la distribución de las bobinas muertas se hará en las tres fases de la forma más equidistante posible, correspondiendo cada bobina muerta a cada una de las tres fases del bobinado.  A pesar de que las tres bobinas muertas no se conecten, no por eso han de dejarse de colocar en el bobinado, pues son necesarias, para equilibrar la masa, si son bobinados giratorios y para dar uniformidad a dicho bobinado y más cuando la distribución no es a 120 grados geométricos. Sobre esta materia a continuación insertamos un ejercicio que resultará la mejor  explicación sobre el tema.

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

34

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

Ejemplo 8: Calcular un bobinado imbricado fraccionario irregular realizado por polos con 3 bobinas muertas: Nº de ranuras K = 21 Nº de polos 2p = 6 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K (dos capas) G = 2 p q = 6 × 3 = 18

Número de grupos del bobinado

Kpq=

Número de ranuras por polo y fase SIMETRIA =

B' CP

=

Poniendo tres bobinas muertas

Paso de ranuras Paso de bobina

K 2p

9

=

2

2pq

=

21 6×3

=

21 18

=

1,16

1

1 6

entero, por lo que es simétrico

B’ = B - 3 = 21 - 3 = 18 U=

Número de bobinas por grupo  Yk =

18

K

=

21 6

=

B' 2pq

=

18 6 ×3

=

18 18

=

1

3,5

De 1 a 4

Por ser el número divisible por 3, irán colocadas las bobinas muertas a 120 grados eléctricos, pero no geométricos. Las conexiones de las restantes bobinas se realizarán de forma normal como si el bobinado fuera entero  Y120 =

Paso de principios

U 1 8 15

K 3p

=

21 3×3

=

21 9

V

W

10

17

3

3

31

38

3

3

52

59

3

3

=

7 3

Tabla de principios

Se toman como principios: U-1 V-3 (10/3) W-6 (17/3) JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

35

CEFIRE DE ELDA

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

BOBINADO DE MOTORES

36

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

Dibujo del bobinado

U

Z

V

W

X

Y

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

CEFIRE DE ELDA

7 

37

BOBINADO DE MOTORES

DOCUMENTOS DE APOYO Y BIBLIOGRAFÍA Libros: - JIMÉMNEZ ORTEGA, Juan (2004) Mantenimiento de Máquinas Eléctricas. Madrid: McGraw Hill. - PUCHOL VIVAS, José M. Motores de corriente alterna. Rebobinado. Reparación de averías. Modificaciones. Glosa. - MARTÍNEZ, Fernando. Reparación y bobinado de motores eléctricos. Paraninfo. - ORTEGA PLANA, Juan María, RAMÍREZ VÁZQUEZ, José (1987) Máquinas de corriente alterna. Enciclopedia CEAC de electricidad . Barcelona: Ceac. - RAMÍREZ VÁZQUEZ, José (1986) Talleres electromecánicos bobinados. Enciclo pedia CEAC de electricidad . Barcelona: Ceac.





Catálogos de fabricantes.

Páginas Web de fabricantes:

CEFIRE DE ELDA

7 

BOBINADO DE MOTORES

DOCUMENTOS DE APOYO Y BIBLIOGRAFÍA Libros: - JIMÉMNEZ ORTEGA, Juan (2004) Mantenimiento de Máquinas Eléctricas. Madrid: McGraw Hill. - PUCHOL VIVAS, José M. Motores de corriente alterna. Rebobinado. Reparación de averías. Modificaciones. Glosa. - MARTÍNEZ, Fernando. Reparación y bobinado de motores eléctricos. Paraninfo. - ORTEGA PLANA, Juan María, RAMÍREZ VÁZQUEZ, José (1987) Máquinas de corriente alterna. Enciclopedia CEAC de electricidad . Barcelona: Ceac. - RAMÍREZ VÁZQUEZ, José (1986) Talleres electromecánicos bobinados. Enciclo pedia CEAC de electricidad . Barcelona: Ceac.





Catálogos de fabricantes.

Páginas Web de fabricantes: -  ABB URL: http://www.abb.es (20/04/2007) -  AEG URL: http://www.aeg.com (20/04/2007) - Siemens URL: http://www.ad-simens.com (20/04/2007) - Schneider electric URL: http://www.schneiderelectric.es/index.htm (20/04/2007) - Telemecanique URL: http://www.schneiderelectric.es/telemecanique/indexTelem ecanique.htm (20/04/2007) - Omron URL: http://www.omron.com (20/04/2007)

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38

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ANEXO I Yp Yk Y Yc Y90 Y120 Mc m PP PPC 2p P Q K B Gf G U F Kpq

BOBINADO DE MOTORES

RELACIÓN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS

Paso polar. Paso de ranura o ancho de bobina. Paso resultante (bobinados ondulados) Paso de conexión (bobinados ondulados) Paso de principios de fase (bobinados bifásicos) Paso de principios de fase (bobinados trifásicos) Paso de cuadro (bobinados fraccionarios) Amplitud (bobinados concéntricos) Bobinado por polos. Bobinado por polos consecuentes. Número de polos. Pares de polos. Número de fases. Número de ranuras. Número de bobinas. Número de grupos por fase. Número de grupos totales. Número de bobinas por grupo. Frecuencia. Número de ranuras por polo y fase.

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

39

CEFIRE DE ELDA

ANEXO II

BOBINADO DE MOTORES

TABLAS DE FÓRMULAS BOBINADOS CONCÉNTRICOS

Por polos

G f 

G = 2pq

=

2p

Kpq =

K

U=

2pq

K

m =(q- 1

4pq

)

×

2U

Y120

=

U

Y120

=

K 3p

Por polos consecuentes

G f 

G=pq

=

p

Kpq =

K

U=

2pq

K

m=(q-1

2pq

)

×

K 3p

BOBINADOS EXCÉNTRICOS Bobinados imbricados enteros a una o a dos capas (Por polos)

Kpq =

G = 2pq

U=

K 2pq

B 2pq

1 capa (B = K/2) 2 capas (B = K)

 Yk =

K 2p

Y120

=

K 3p

Bobinados imbricados fraccionarios

U=

B 2pq

U=E+

D d

G = 2pq

GR =

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

2p d

Kpq =

 Yk =

K 2pq

K 2p

Simetria =

Y120 =

B CP

U=

B 2pq

K 3p

40

CEFIRE DE ELDA

BOBINADO DE MOTORES

ANEXO III EJERCICIOS PROPUESTOS Ejercicio 1: Calcula un bobinado concéntrico por polos. Nº de ranuras K = 24 Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 3 Ejercicio 2: Diseña un bobinado concéntrico por polos. Nº de ranuras K = 48 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Ejercicio 3: Calcular un bobinado concéntrico por polos consecuentes. Nº de ranuras K = 24 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Ejercicio 4: Implementa un bobinado concéntrico por polos consecuentes. Nº de ranuras K = 48 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Ejercicio 5: Dibuja un bobinado concéntrico por polos consecuentes. Nº de ranuras K = 18 Nº de polos 2p = 6 Nº de fases q = 3 Ejercicio 6: Halla un bobinado concéntrico por polos. Nº de ranuras K = 30 Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 3 Ejercicio 7: Calcula un bobinado imbricado excéntrico entero a una capa por polos cuyos datos son: Nº de ranuras K = 36 Nº de polos 2p = 6 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K/2 Ejercicio 8: Calcula un bobinado imbricado excéntrico entero a una capa por polos consecuentes. Nº de ranuras K = 36 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K/2 JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

41

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BOBINADO DE MOTORES

Ejercicio 9: Halla un bobinado imbricado excéntrico entero por polos a dos capas cuyos datos son: Nº de ranuras K = 18 Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K Ejercicio 10: Diseña un bobinado imbricado excéntrico entero por polos a dos capas cuyos datos son: Nº de ranuras K = 24 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K Ejercicio 11: Calcular un bobinado imbricado fraccionario realizado por polos a una capa cuyos datos son: Nº de ranuras K = 36 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 3 Ejercicio 12: Calcular un bobinado imbricado fraccionario realizado por polos a dos capas cuyos datos son: Nº de ranuras K = 33 Nº de polos 2p = 8 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K

JUAN JOSÉ HOYOS GARCÍA

42