Arrollamiento Para Máquinas Rotativas de Corriente Alterna

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA INFORME FINAL N°1 DEL LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS II (EE242M)

“ARROLLAMIENTO PARA MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA” Integrantes del grupo de laboratorio: DAZA RODRIGUEZ VICEBERTO CESAR REATEGUI HERRERA LUIS ALERTO GUIZADO JARA DIANA VANESSA LLAMOCA LOAYZA CARLOS HEGEL CANCHUMANI ROMERO MIRCO DENIS ROMAN EUSEBIO FERNANDO GABRIEL.  Abstrac  Abstractt-  This lab report shows a series of results about characteristics of a winding which is used in alternating current machines. In this way, w e can check how influences the number of poles and type of connection on the w ave of field. It means, it shows the presence of harmonics.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO A. FORMAS CONSTRUCTIVAS DE LA MÁQUINA

En las máquinas eléctricas rotativas se encuentran dos formas constructivas básicas: las cilíndricas y con polos salientes. Estas La teoría clásica de las máquinas eléctricas está basada se pueden encontrar en el estator, en el rotor o en ambos, lo que fuerza zass mag mag netom netomotrices otri ces, da lugar a cuatro posibilidades constructivas, que se muestran en en el estudio de las interacciones entre fuer éstas son las dan lugar al campo magnético dentro de la máquina, la figura 1. a las tensiones inducidas, y a la denominada cupla electromagnética en las máquinas rotativas. Esas fuerzas magnetomotrices magnetomotrices están producidas por las corrientes que circulan  por los distintos distintos arrollamientos. arrollamientos.

I. INTRODUCCIÓN

En este informe se hará una descripción uno de los distintos tipos de arrollamientos utilizados en las máquinas  ti po imbr imbr i cado. cado. eléctricas, se hará hincapié en el  tipo

Fig. 1. Combinación de formas constructivas

Se hace especial énfasis a través del cuestionario en la Los usos más frecuentes de las distintas combinaciones combinaciones son: explicación de los aspectos básicos de los devanados, ya que son necesarios para poder comprender algunos de los fenómenos más a) Estator y rotor cilíndricos:   es la combinación for maci ción ón característica de los motores asincrónicos y de las máquinas importantes de las máquinas eléctricas, tales como: co mo: la forma del campo magnético en el entrehierro, las f.e.m.s inducidas, sincrónicas de alta velocidad.

etc.

b)

E stator cilíndrico y rotor con polos saliente es B.2 ARROLLAMIENTOS ONDULADOS

característico de las máquinas sincrónicas de baja velocidad.

c)

E stator con polos salientes y rotor cilíndri co es característico de las máquinas de corriente continua y de algunas máquinas sincrónicas de poca potencia. d) E stator y rotor con polos salientes  se emplea en máquinas especiales, por ejemplo en los motores por pasos. B- TIPOS DE ARROLLAMIENTO

En los arrollamientos ondulados dos bobinas sucesivas se encuentran distanciadas aproximadamente un paso polar, es decir no se superponen. Los pasos indicados en la figura anterior tienen la misma denominación que en el arrollamiento imbricado de la figura siguiente.

Así como los arrollamientos concentrados son simples bobinas, fáciles de concebir, los arrollamientos distribuidos son mucho más complejos ya que deben cumplir no solamente condiciones eléctricas y magnéticas, sino también constructivas: las bobinas deben ser sencillas de realizar, de colocar y minimizar el uso de materiales. Los arrollamientos rotóricos de las máquinas eléctricas se conectan a través de escobillas que puede apoyar sobre anillos rozantes, figura 3, que son aros conductores, continuos, conectados a los extremos del arrollamiento; o sobre un colector , figura 4, que está formado por segmentos conductores, denominados delgas, aisladas entre sí y conectadas a cada bobina. Y1: paso de bobina Y2: paso de conexión Yimbricado : Y1-Y2 Yondulado: Y1+Y2 C. DEFINICIONES BÁSICAS Anillos rozantes en un rotor trifásico

Ángulo magnético o eléctrico:



  É

Devanado según el número de capas:

Colector en un inducido

B.1 ARROLLAMIENTOS IMBRICADOS

Devanado de una capa: Devanado de dos capas:

  =

Parámetros físicos en el devanado:

Número de ranuras por polo y fase: En ellos las sucesivas bobinas quedan parcialmente superpuestas En la figura se muestra un grupo de dos bobinas de un Número de bobinas por grupo: Paso polar o paso de grupo: arrollamiento imbricado.

 Ángulo de ranura: Paso de fase: Paso de bobina relativo:

. Paso de bobina óptimo:

III. ESTADO DEL ARTE Motor Westinghouse

Motores TECO Westinghouse para Bombas, Ventiladores, Compresores y otros.

El motor asíncrono que se utiliza para realizar conexiones tiene un bobinado trifásico tipo imbricado de doble capa, por lo tanto 48 bobinas distribuidas en 48 ranuras (un lado de bobina en la  parte inferior y el otro en la parte superior), el paso de bobina es única para cualquier caso y= 1-8 (7 ranuras de distancia entre los lados superior e inferior). Cada bobina tiene un número en un extremo y el mismo número aumentado en cien en el otro ( lo cual equivale también al mismo número con 1 - 1’ , 2-2’ …), lo que significa que los bornes de la primera bobina son1- 101, como se muestra en la siguiente figura

1 HP a 200HP. 230/460V hasta 125 HP, 460 V Para 150 y más grandes. Rotor Balanceado Dinámicamente y Barras de Aluminio Inyectado a Presión. Brida “C” hasta 100 HP Con o sin Patas de Montaje. Certificado CSA para clase I, División II, Grupos B, C y D.

Motores Westinghouse para Granja o Campo Motor Monofásicos TCCVE Farm Duty. 1/3HP a 10HP. 1800 RPM. 115/230 hasta 2 HP, 280V a Partir de 3HP. Servicio Continuo, Factor de servicio 1.15. Protección de Sobre Carga con Restablecimiento

Motores TECO Westinghouse para Minas y Quebrantadoras de Concreto Max-HT TCCVE. 200HP a 600HP. Útil para arranque tensión reducida o Estrella Delta. Diseño NEMA C (Par a Rotor Bloqueado= 200% Par Máximo= 250% con Referencia al Par a Plena Carga. Protección Térmica (Termistores, uno por Fase). Enclaustramiento IP55. Flecha de Acero de alta resistencia, material ANSI 4140. Útil para montaje montaje Vertical en Quebradoras de Alto Impacto.

IV. OBJETIVOS a.Objetivos Generales Conocer las características principales de un arrollamiento para máquinas de corriente alterna Conocer el método de cambio de un polo a otro, viendo está en la experiencia de cambio de 2 a 4 polos b.Objetivos Específicos Estudio practico de los bobinados polifásicos usados en motores asíncronos. Observar y comprender la influencia de: •La distribución de las bobinas. •Análisis de contenido armónico que genera un motor. •Análisis del THD Esto realizando diferentes bobinados como los que se desarrollaran en la experiencia.

V. ALCANCES Este informe abarca desde el análisis de los datos obtenidos en el laboratorio, la resolución del cuestionario, mostrar los resultados obtenidos, mencionar las conclusiones, recomendaciones y las referencias bibliográficas. Todo lo anterior con base en los fundamentos teóricos de las referencias, experiencias personales y datos adicionales, formalmente no documentados como los datos e informaciones, brindadas en las lecciones, relacionadas con el ensayo La experiencia nos ayudara a visualizar de forma práctica el  bobinado y conexionado de motores así como la manera de intercambiar los polos, esta para aumentar o reducir la velocidad.

VI. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El problema actual en el laboratorio es comprobar el conexionado de 2 polos a 4 polos y el de 8 a 16 polos con conexionado doble estrella Adecuarnos a los equipos de laboratorio como el analizador de redes el cual tiene varias funciones y una de las cuales es medir el THD y armónicos generados por el motor VII. ALTERNATIVAS DE SOLUCION Para el conexionado de los polos de 2 a 4 o de 8 a 16 polos se  puede desmontar y montar nuevamente en la nueva forma Modificar el conexionado a interpolos y así obtener un circuito conveniente para el conexionado de los demás polos Para el uso de lo los equipos será previa lectura del manual y asi evitar problemas en la manipulación de estoy y para prevenir los errores y malograr estos

VIII. CUESTIONARIO

 = 16 , Nef  = 6.7625, kp=0.44229, kd=0.95561 Nfae B a  = 0.26001costωt ∗ costΨ  T 2do Caso. –   = 16 , Nef  = 12.156, kp= 0.79335, kd=0.95766 Nfae B  = 0.2337costωt ∗ cost4Ψ  T 3er Caso. – 

a



 = 32  , Nef  = 13.8566, kp=-0.5, kd=0.866 Nfae −   1 9. 6 ∗10  Ba  = g   Icostωt ∗ cost8Ψ T 4to Caso = 8  , Nef  = 0.2566, kp=0.25, kd=0.9914 Nfae Ba =  11.g61  Icostωt ∗ cost2Ψ T Observamos que por fase se produce un campo pulsante, al sumar los campos de las tres fases se produce un campo giratorio.

   cosp Ψ  ω t BΨ,t = 32 Bax 2

Corrientes por fase: ,

ia =  √ 2Icoswt i b =  √ 2Icosωt  п, i =  √ 2Icosωt +   Bfax =  ug ∗ π4 Npef √ 2I Ba = Bfaxcostωt ∗ costp2 Ψ Bb = Bfaxcost(ωt  23π ) ∗ cost(p2 Ψ + 23π ) B = Bfaxcost(ωt + 2π3 ) ∗ cost(p2 Ψ  2π3 )    cosp Ψ  ωt BΨ,t = 32 Bax 2 Como: m=3; Para el armónico fundamental sabemos:  KKd; K = sin ∗ p ∗ y ; Nef = Nfae 22   p   γ in j∗ q ∗ 2 ∗ 2 Kd = sqsi n  ∗ p2 ∗ 2γ Y: Paso de grupo de bobina;  γ = 360  /r;  número de ranuras  = pq Entonces: Nfae Campo magnético para una sola fase: r  :

1er Caso. – 

debe ser bifásico y del tipo alterna para de esta manera formar un campo giratorio   

Paso de grupo (yg): yg=s/p=48/4=12 Paso por fase (yf): yf=s/(m*p/2)=48/(4*4/2)=6  Numero de bobinas por grupo q=s/(m*p)=48/(4*4)=3

(q):

Se tendrá: 2grupos/fase Haciendo el esquema:

Se observa que es idéntico al devanado trifásico estatórico de dos  polos con la excepción de que es bifásico. En este caso se alimentaria con una tensión bifásica balanceada y desfasadas en 900. Velocidad en vacío de la maquina será: (n0): n0=120*f/p = 120*60/4= 1800 RPM.

Los arrollamientos dispuestos en estado inicial nos permiten  poder formar un arrollamiento de dos fases y de cuatro polos, para lo cual necesitamos el paso de bobina para una mejor distribución de los arrollamientos, las demás características se pueden hallar con los datos del arrollamiento inicial. La fuente de alimentación

q=2

q=2

 b a

d c

Donde la numeración de cada arrollamiento se muestra en la siguiente tabla para cada fase:

fase 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

b

c 25 29 33 37 41 45 1 5 9 13 17 21

2’ 6’ 10’ 14’ 18’ 22’ 26’ 30’ 34’ 38’ 42’ 46’

d 26’ 30’ 34’ 38’ 42’ 46’ 5’ 9’ 13’ 17’ 21’

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IX. RESULTADOS OBTENIDOS Datos teóricos ya que para los datos experimentales no se llegó a completar la experiencia X. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En la distribución Amper-conductor, tenemos solo tres tipos de devanado; el del primer caso es de dos polos el segundo de ocho polos y el tercero es de dieciséis polos. Es por este motivo que el factor de paso (Kp) y de distribución (Kd) son iguales para el cuarto y segundo caso, mientras que para el primero y tercero son diferentes, Esto se explica porque en las fórmulas de Kp y Kd, todos los parámetros se mantienen constantes.  Se debe notar que la diferencia entre el caso 2 y el 3 es externa, es decir, la diferencia consiste en la conexión entre grupos. 

En este caso m=12, p=2

q = mZ∗p = 1248∗ 2 = 2



Cada fase tendrá los siguientes arrollamientos (conexión por  polos):

El devanado trifásico simétrico ha sido alimentado desde una fuente de tensión alterna 3  simétrica, por lo cual se obtuvieron corrientes de la forma: ia



2  ICos( wt )

ib



2  ICos( wt  2   / 3)

ic





2  ICos( wt  4   / 3) 

Por lo cual obtendremos por fuerza electromotriz, de estas corrientes, una onda de fuerza magnetomotriz giratoria cuyo armónico fundamental es de secuencia positiva.  En esta experiencia se pudo corroborar que la velocidad de giro del rotor se puede manipular mediante el número de polos.  Se recomienda tener cuidado con el conexionado de las  bobinas ya que al no estar conectados correctamente se  pueden ocasionar cortocircuitos. 

Se recomienda utilizar cables de tres colores uno para cada fase de conexión para realizar fácilmente el seguimiento ante una contingencia durante el desarrollo de la experiencia, como por ejemplo la desconexión de algún cable en el conexionado.

XI. REFERENCIAS