Description
Dedicatoria A mis padres por su amor, dedicación y confianza a lo largo de mi carrera. A mis hijos que son mi mayor inspiración en los momentos de desaliento. A las maravillosas personas que me brindaron su amistad y que son parte de este logro.
AGRADECIMIENTO
Reconocimiento especial a los ingenieros que participaron en mi formación de en sala de pruebas de motores trifásicos y mi colega Ing.Salcedo Cabezas, Gerente de CEI INGENIEROS por las sugerencias y recomendaciones el cual me ha permitido un mejor visión técnica industrial, por su desprendimiento a favor de la educación técnica y de la cultura del país y por brindar la oportunidad de compartir conocimiento y experiencias en la maquinaria industrial; por esos grandes motivos, mi gratitud a cada uno de los ingenieros. A la jefatura técnica de FARELSA INGENIEROS, por su valioso aporte desinteresado y lleno de profesionalismo, el mismo que me permitió lograr la realización y culminación del presente trabajo de investigación.
EL AUTOR
TABLA DE CONTENIDO INDICE Dedicatoria…….….…………………………………………………………………… 2 Agradecimiento……………………………………………………………………….. 3 Índice……………..…………………………………………………………………..…4 Introducción…………………………………………………………………………….5
CAPITULO I 1.- INTRODUCCION AL CALCULO DE BOBINADOS DE MOTORES TRIFASICOS
1.1.Estator………………………………………….…………………………….8 1.2.. Bobinados .………………………………………………………….…….13 1.3. Rotores
…… ……………………………….…..……………………..21
1.3.1Tipos de rotores….…………………………………………………….…21 1.4.. Cálculos de motores trifásicos…………………………………………28 1-4-1. Dimensionamiento del estator…………..……………………………29 1.4.9. Densidad de corriente…………………….…………………………...36 1.4.10 Factor de utilización……………….…………………………………..31 1.5. Bobinado concéntrico imbrincado…………………….………………44 1.6. Tensión de trabajo y conexionado interno del estator…………………………………………………………………….50
CAPITULO II
2.- CALCULO MATEMATICO EN EL PROCESO DE REBOBINADO DE UN MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION. 2.1. Tipo de motor trifásico de 18 hp……………………………………..54 2.2. Calculo de proceso de rebobinado……..………………...................56 2.3. Reconocimiento de la inducción magnética…………………………58
2.4. Densidad de corriente ………………………………………………..59 2.5. Calculo del área seccional de la ranura……..………………………59 2.6 Tipo de conexionado interno de su tensión nominal De trabajo………………………………………………………………..62
CONCLUSIONES.....................................................................................73
RECOMENDACIONES O SUGERENCIAS..………………………………73 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………..…. …..76
INTRODUCCIÓN
En el desempeño de la vida profesional como técnico nos enfrentamos a la alternativa de realizar trabajos técnicos para lo cual no hay mucha información real. Tal es el caso del tema “el Cálculo del Bobinado de Motores Trifásicos”.
Es la razón que me llevó a investigar el tema técnico, el firme propósito que sea de ayuda para los profesionales técnicos que trabajan en esta especialidad de reparación de motores eléctricos. Donde se tiene que diseñar y calcular el proceso del cálculo de rebobinado de motores trifásicos
Es por ello el motivo del tema, donde se especifica, como se van a reparar los motores eléctricos, y tener la capacidad técnica y un nivel científico para poder, seleccionar, calcular los motores eléctricos y utilizar los criterios técnicos, para poder atender las necesidades de desarrollo económico, social de las distintas empresas de producción.
Las máquinas asíncronas, en particular los motores trifásicos, constituyen en la actualidad, las máquinas eléctricas de corriente alterna mas divulgadas. Gracias a su sencilla estructura, alta seguridad de funcionamiento, características de trabajo satisfactorias y a su costo comparativamente, los motores asíncronos han encontrado una amplia aplicación, prácticamente en todos los campos de la economía: la industria, la agricultura, el transporte, etc.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En un panorama de desarrollo, evaluación e investigación industrial de las fallas que se presentan en los motores eléctricos y que paralizan la producción.
Se ubica este tema cuya finalidad es la de evitar que una máquina sea reparada deficientemente y acreciente el problema, entonces este estudio persigue constituir un instrumento práctico y eficaz para hacer los cálculos adecuados del correcto diseño del bobinado de motores, partiendo de la premisa de las pruebas y ensayos, a que debe ser sometido antes, durante y después de su intervención de manera que quede operativo y con garantía técnica. A las personas interesadas en el proyecto verán que es un documento útil y aplicable en la práctica de los trabajos a realizar. En un panorama de desarrollo, evaluación e investigación industrial de las fallas que se presentan en los motores eléctricos y que paralizan la producción. Se ubica este tema cuya finalidad es la de evitar que una máquina sea reparada deficientemente y acreciente el problema. Entonces este estudio persigue constituir un instrumento práctico y eficaz para hacer los cálculos adecuados del correcto diseño del bobinado de motores, partiendo de la premisa de las pruebas y ensayos, a que debe ser sometido antes, durante y después de su intervención de manera que quede operativo y con garantía técnica.
A las personas interesadas en el proyecto verán que es un documento útil y aplicable en la práctica de los trabajos a realizar.
La forma común de expresar que al deteriorarse el bobinado del motor se debe cambiar, ha motivado que muchas reparaciones amparadas en este concepto hallan acrecentado el problema, pues el motor se vuelve a quemar; al no haberse
determinado las causas de la falla; y que puede haber sido por la densidad de corriente, o problemas de inducción magnética.
En el análisis de estas fallas que se originan este estudio, permite demostrar que antes de efectuar la reparación de un motor eléctrico se tiene que identificar los motivos de las mismas ello se logra haciendo una evaluación técnica de las pruebas y parámetros físicos.
Luego se tomaran las consideraciones de diseño de acuerdo a lo que en el presente tema se sustenta. Así tendremos un reparación eficaz y continuación normal de los procesos de producción sin paralizaciones.
También nos indicará si el motor intervenido es el que debe accionar la máquina a la que fue destinado tanto por su potencia o velocidad (torque)
CAPITULO 1
1.0 CÁLCULO DE BOBINADO DE MOTORES TRIFÁSICOS INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE BOBINADO DE MOTORES TRIFÁSICOS En el presente texto tiene por finalidad, detallar la metodología del cálculo matemático para el rebobinado de los motores trifásicos. Teniendo como base las medidas de las dimensiones del estator como son la longitud activa, ancho de corona, ancho de diente, altura de ranura, diámetro interior y exterior. Estas medidas son suficientes para el calculista para optimizar el cálculo y tratar de hallar las inducciones del entre hierro, la corona y el diente, y si se encuentra dentro de ciertos límites de trabajo normal del motor y que cuando funcione con su tensión denominado no se sature o se sobre caliente.
1.1 ESTATOR
Las laminaciones usadas en la construcción de los motores de inducción tienen espesores del orden de 0.35 mm y cuya calidad depende de cierta medida de la potencia. Para grandes motores eléctricos con estatores cuyo diámetro es del orden de un metro, los paquetes de laminaciones se forman con láminas seccionadas, es decir, no se troquelan en forma completa. En cuanto a la calidad de las laminaciones usadas por lo general e los motores de pequeña potencia se permiten perdidas en el fierro relativamente grandes, pero a medida de que la ;potencia de los motores aumenta, adquiere mayor importancia su rendimiento y entonces las laminaciones tienen perdidas que no exceden a los 2,5 Watt/kg. Para motores de media y gran potencia se usan laminaciones de acero al silicio, con un gran contenido de silicio del 3%. Las laminaciones tienen por lo general un recubrimiento de aislante. 1.1.1 Extracción de devanados
Podemos observar que antes de extraer el arrollamiento estatórico de las ranuras, es preciso determinar y anotar de que modo están unidos entre si las diversa ramas de arrollamiento, y cuál es la clase de conexión entre fases. Los motores trifásicos de gran tamaño tienen las ranuras estatóricas abiertas (Fig.1.1.a).Para extraer el arrollamiento (de varillas) del mismo, basta simplemente quitar las cuñas que cierran las ranuras e ir sacando las bobinas (secciones) una tras otra. En los motores de pequeño y mediano tamaño, las ranuras estatóricas son semicerradas (Fig. 1.1.b) lo cual dificulta más la extracción del devanado (relleno) puesto que le devanado de estos motores están impregnados de barniz endurecido,y algunos han sido además encapsulados (cubiertos con un barniz a base de resina “epoxy” como protección adicional), es necesario carbonizar el aislamiento que llevan; efectuándose esto en hornos adecuados, y a una temperatura conveniente. Luego se cortan las cabezas de bobina del lado opuesto al que se encuentran las conexiones, se retiran las cuñas aislantes que cierran las ranuras y se sacan el resto de las bobinas, tirando de sus cabezas. Se conservará intacta una de las bobinas extraídas , a fin de que su forma y dimensiones sirvan de modelo para la ejecución de las nuevas bobinas. Durante esta etapa del trabajo, se procederá a completar los datos que faltan registrar, tales como: paso de bobinas, el número de espiras por bobina, las dimensiones de las bobinas, el calibre y clase de aislamiento de los conductores.
1.2 Bobinados 1.2.1 Tipos de Bobinados
Se puede hacer diversas clasificaciones de los devanados según se atienda a unos u otros factores. Considerando el número de lados de bobinas que alberga cada ranura, los devanados se dividen en: -
Devanado a una capa
-
Devanado a dos capas.
Devanados mixtos. Considerando las disposición geométrica de sus partes frontales de las bobinas se tiene: -
Devanados en dos planos.
-
Devanados en tres planos.
-
Devanados con cabezas de bobinas solapadas.
-
Atendiendo al paso de las bobinas se distinguen:
-
Devanados con bobinas de paso constante.
-
Devanados con bobinas de paso variable (concéntricos)
Considerando el valor del número de ranuras por polo y fase q, tenemos: -
Devanados enteros (cuando q es un número entero).
-
Devanados fraccionarios (cuando q no es entero).
Atendiendo a como “avanza” el devanado a dos capas , cabe hacer una distinción análoga a la que se cita para los devanados de corriente continua: -
Devanado imbricado.
-
Devanado ondulado.
A continuación se describen los devanados de bobinas concéntricas de una sola capa; los devanados imbricados de dos capas congruentes; devanados no congruentes (con q fraccionario); devanados ondulados de dos capas y los devanados de varias velocidades.
1.2.1.1
Devanados de bobinas concéntricas de una sola capa
La denominación de este devanado se debe a que cada ranura está rellena completamente por un lado de bobina, es decir, los lados de bobinas se encuentran en la ranuras formando una sola capa; además, las bobinas que constituyen un grupo de bobinas del devanado son de diferente ancho, colocándose de tal modo que abarcan concéntricamente una a la otra. Se usan ampliamente en los motores asincronos de potencias pequeña y media. Con este tipo de devanado se obtiene un relleno total de las ranuras con materiales conductores, ya que no se requiere el aislamiento entre las capas del devanado. El número de bobinas en el devanado de una capa es igual a la mitad del número de ranuras, ya que cada bobina ocupa dos ranuras. En el devanado de bobinas concéntricas de una sola capa, los pasos de bobinas en el grupo son diferentes. En general, el paso de la bobina más ancha, la exterior, tiene el paso 4q-1, mientras que el paso de cada bobina siguiente es dos veces menor. La bobina más estrecha, la interior, tiene el paso 2q+1. En el devanado de una sola capa, el número de los grupos de bobinas en cada fase es igual al número de los pares de polos y , por lo tanto, el número de todos los grupos de bobinas en el devanado trifásico, es igual a 3p. En la Fig.1.2 se muestra un devanado concéntrico de una capa de dos pisos.
1.2.1.2
Devanados imbricados de dos capas, congruentes
Actualmente, en los estatores de las máquinas trifásicas de corriente alterna (sincrónicas y asincronas) han obtenido amplia divulgación los devanados de dos capas y, en particular, imbricados. En el devanado de dos capas, en cada ranura del núcleo, se colocan en dos capas los lados activos de dos bobinas diferentes, con la particularidad de que el lado de una bobina esté en el fondo de la ranura (capa inferior), en tanto que el de la otra, se encuentre por encima de esta primera. Los lados frontales de cada bobina también ocupan dos capas; el paso de una capa
a la otra se efectúa en las cabezas de las bobinas. Este devanado se denomina imbricado porque en el esquema para contornearlo. Hace falta ir haciendo vueltas adelante o atrás. Los devanados de este tipo tienen las siguientes ventajas: -
La posibilidad de diferente acortamiento del paso, lo que permite lograr buenas propiedades eléctricas y reducir el consumo de cobre.
-
La posibilidad de mecanizar la fabricación de las bobinas que tienen la misma forma.
El número de bobinas del devanado de dos capas es igual al número de ranuras; y cada fase le corresponden z/m=z/3 bobinas. El número de grupos de bobinas por fase entre el numero de bobinas de cada grupo, el cual también es igual al número de polos. En la Fig.1.3 se muestra la composición del esquema de un devanado imbricado trifásico de dos capas.
1.2.1.3 Devanados no congruentes (con q fraccionario)
Los devanados con q fraccionario son utilizados con más frecuencia en los estatores de los generadores síncronos, siendo q < 3. Aquí estos devanados contribuyen a la aproximación de la forma de la curva de la f.e.m. inducida a la sinusoide En los estatores de los motores asíncronos se trata de evitar los devanados con q fraccionaria porque su utilización provoca ciertas alteraciones en la simetría del campo magnético generado por la máquina. Sin embargo, al rebobinar los motores para otra velocidad de rotación (otro número de polos), o al fabricar los motores con el número variable de polos a base de núcleos que tienen una forma igual de hierro, hay veces cuando surge la necesidad de utilizar los devanados con q fraccionario. Los devanados con q fraccionario pueden ser tanto de una capa como de dos. En la actualidad, han adquirido la mayor distribución los devanados de dos capas, los que pueden fabricarse fácilmente con cualquier valor de q fraccionario. Como el número de ranuras correspondientes al polo h a la fase q indica, al mismo tiempo, el número de bobinas por grupo; entonces si q es un número fraccionario,
los grupos tienen un número diferente de bobinas, más por término medio, a cada grupo de bobinas corresponde q unidades. Al componer los esquemas de los devanados con q fraccionario es necesario distribuir los grupos de bobinas con un número diferente de unidades entre las fases, de tal modo que las fases del devanado sean simétricas. La diferencia fundamental entre los devanados congruentes y no congruentes consiste en el hecho de que estos últimos deben tener los grupos de bobinas constituidos por un número variable de unidades. En la Fig. 1.4 se muestra un devanado trifásico de dos capas con q fraccionario.
1.2.1.4 Devanados ondulados de dos capas
Se denomina ondulado porque al observarlo en el esquema hace falta hacer zigzag (ondas) desplazándose hacia un mismo lado; por ejemplo, a la derecha. Como regla, los devanados de este tipo son de varillas de cobre descubiertas, encorvadas debidamente y aisladas. En los devanados ondulados, a diferencia de los imbricados, casi no hay conexiones entre bobinas, lo que, dado el caso de un número grande de polos, reduce sustancialmente el consumo de cobre. Son utilizados, fundamentalmente, en las máquinas muy potentes de baja tensión; además, estos devanados se utilizan ampliamente en los rotores de motores asíncronos bastantes potentes, dotados de anillos contactores porque permiten fijar fácilmente las partes frontales, debido a que el acortamiento de los pasos del devanado de un lado del núcleo provoca el respectivo alargamiento de los mismos en su lado opuesto; por lo tanto, en los devanados ondulados, prácticamente, no se utiliza el acortamiento del paso. Los devanados ondulados de dos capas se fabrican congruentes y no congruentes del número q, con la particularidad de que la parte fraccionaria del número q, en este caso, con más frecuencia se expresa como una mitad. Hace falta recurrir a los devanados ondulados no congruentes al modificar los motores dotados de rotores bobinados para otro número de polos.
En la Fig. 1.5 se muestra un ejemplo de devanado ondulado de dos capas.
1.2.1.5 Devanados de varias velocidades
Se denominan de varias velocidades porque pueden ser conmutados para un número variable de polos. Han obtenido máxima divulgación entre estos devanados, aquellos donde el número de polos varía dos veces en el proceso de conmutación. En la Fig.1.6 se representan unos esquemas que aclaran el principio de tal conmutación. Para que la dirección de la rotación del motor permanezca inmutable funcionando a una velocidad tanto pequeña como alta, al conmutar el devanado hace falta modificar el orden de alteración de las fases, es decir, cambiar de lugar (intercruzar) dos de las tres fases conectadas al devanado. También se puede variar el número de polos del motor colocando en las ranuras del estator dos devanados diferentes. Combinando los dos procedimientos se puede obtener motores con un número bastante grande de los grados de regulación de la velocidad.
1.3 ROTORES 1.3.1 TIPOS DE ROTORES
- TIPO JAULA DE ARDILLA -
TIPO ROTOR BOBINADO
1.3.1.1 ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA
Es una combinación de barras conductoras, ordenadas de manera que formen un cilindro unidas con cortocircuito por medio de anillos. El voltaje inducido en cada barra es de menos de 10 voltios por esto no es necesario emplear aislamiento entre las barras y el núcleo. Las barras frente a cada pieza polar, automáticamente
se pone en paralelo con las corrientes de los polos
adyacentes que fluyen en direcciones opuestas, es decir la corriente que sale de las barras que se encuentran bajo la influencia de una pieza polar, se divide en partes iguales en el anillo, para regresar por el extremo opuesto.
Por lo tanto un rotor de jaula de ardilla girará a la velocidad del campo del estator menos la perdida por deslizamiento.
Sin embargo el torque de arranque el cual depende de la resistencia del rotor, varía el rotor, de acuerdo con él número de polos del estator en vista de que la distribución de la corriente de las barras, cambia con los cambios del número de centro polares. La resistencia total del rotor se compone de la resistencia de las barras y la de los Anillos, En vista de que las barras que están bajo la influencia de una pieza polar
En general, mientras mayor sea la resistencia del bobinado de una jaula, mayor será el momento de torsión de arranque y menor su velocidad de marcha. Los rotores de alta resistencia se emplean cuando se requieren un gran momento de torsión de arranque una pérdida de velocidad al recibir la carga.
Las jaulas de alta resistencia para los motores de poca velocidad, de polos múltiples se componen de barras delgadas de poca conductividad, con anillo de una aleación de alta resistencia.
a) CONSTRUCCION DE LOS ROTORES DE JAULA DE ARDILLA
En el desarrollo de los bobinados de jaula de ardilla se emplean muchas combinaciones en su construcción, ver la figura mostrada 1.8 que tiene seis esquemas diferentes.
En algunos motores pequeños se emplean la combinación que se muestra en la fig. (a). Los anillos están perforados para paso de los extremos de las barras y están formados con laminas prensados contra las barras en los extremos, sumergiéndose después en soldadura, para obtener un buen contacto eléctrico. En algunos motores bien pequeños emplean como anillos unas láminas con ranuras dentro de los cuales se coloca las barras generalmente 2 ranuras, se observa en la figura. (b) Los extremos de las barras que se extienden hacia fuera de los anillos, se abren, como si se tratará de una chaveta, soldándolos después. En otro tipo de construcción se hacen uso de barras aleaciones de diferentes conductividad para los anillos y estos se funden con los extremos de las barras. Ya fundidas las barras a los anillos, se trabaja el motor en un torno para dar las dimensiones deseados, ver figura. (c). En los rotores más grandes tienen la construcción que se ve en la figura(d) Las barras se sueldan en soldadura autógena a la superficie exterior de los anillos, las cuales son planas y se construyen de una aleación de la conductividad requerida. Los anillos también pueden ser muy gruesos y tiene ranuras para las barras, como la sección de anillo, las barras de este tipo anillo se unen a los anillos por soldadura eléctrica, formando de esta manera, una fuerte jaula con las características eléctricas Otro tipo mostrado en la figura (f).
Se emplea un número de anillos delgado en cada extremo del motor, con agujeros para las barras perforadas con un punzón para que el reborde quede alrededor de las barras pueda soldarse a estos después. Esta construcción da una buena ventilación al motor pero tiene una desventaja de ser más costoso, por las numerosas uniones que se hacen cuando se tratan de motores de muy alta resistencia, se emplean tubos de cobre o bronce, en lugar de barras los tubos se introducen en las perforaciones de los anillos y sus extremos se abocardan con cuñas cónicas, ver la figura (g).
b) ROTORES DE JAULA DOBLE
Estos motores con jaula doble están adquiriendo un gran uso, debido a que pueden ponerse en marcha directamente en la línea alimentadora, sin que tomen una corriente excesiva de arranque. La diferencia, en la construcción de estos motores se encuentra en que se compone de dos jaulas en vez de una. El bobinado o la combinación de barras que se encuentra en la parte exterior del motor es de alta resistencia en relación a su reactancia, cuando el motor se encuentra sin movimiento la frecuencia de la corriente inducida en el motor es la misma que la línea alimentadora. Debido a esta alta frecuencia, el bobinado interior de alta reactancia, llevará muy poco corriente el bobinado exterior de alta resistencia, por otra parte durante el momento de arranque soporta toda la corriente del motor como sucedería en un motor de jaula sencillo, de alta resistencia. Se obtiene un alto momento de torsión para el arranque, con un buen factor de potencia conforme gire el motor para alcanzar su velocidad normal, la frecuencia del motor que está relacionada con su velocidad, disminuye lo cual cambia la distribución de la corriente del motor. Con la disminución de la frecuencia, el bobinado interior de baja resistencia y alta reactancia, recibirá un aumento de corriente, mientras que el mismo aumento de velocidad del motor causará una disminución de corriente en el bobinado exterior de alta resistencia y poca reactancia. Cuando el rotor llega a su velocidad normal de marcha el bobinado exterior o sea el de alta resistencia, no tiene ningún funcionamiento eléctrico y el motor funciona como un motor común de jaula sencilla. 1.3.1.2 TIPO ROTOR BOBINADO
Cuando utilizamos rotor bobinado en los motores de inducción, su velocidad puede variarse a carga completa, la corriente de arranque puede regularse y el momento de torsión para el arranque, puede variar a cualquier valor hasta el máximo.
Los cambios mencionados se hacen con una resistencia variable conectada en serie con el circuito secundario. Los bobinados de los rotores pequeños se conectan para las 3 fases de la misma manera que se hacen en las bobinas de los estatores. Los grupos de cada fase se conectan, ya sean en serie, o en dos o más grupos paralelos, y las 3 fases a su vez se conectan en Estrella o en delta, para obtener el voltaje correcto en los anillos. Las bobinas de barra se emplean en motores de tamaño mediano, donde el uso de dos barras por ranura puede hacerse de dos maneras, las cuales se introducen una sobre las otras, por el mismo lado de la ranura. Según podemos ver en la figura N° 1.9
1.4 CALCULOS DE LOS MOTORES TRIFASICOS
Por lo general, el nuevo devanado se realiza con las mismas características del devanado antiguo; pero muchas veces se toman mal los datos de algunas características del devanado antiguo, tales como: el número de espiras por bobina, el paso de bobina, conductores en paralelo, conexiones, calibre del conductor, etc. Con la información obtenida en el proceso anterior, mas la información de sala de pruebas, se procede al calculo de la verificación de las características del devanado, y al cálculo de los parámetros de funcionamiento del motor.
A continuación se expone el procedimiento de cálculo para el caso del estator de un motor asincrono trifásico.
1.4.1 Dimensionamiento del estator
Antes de empezar con el cálculo es necesario tomar las siguientes medidas en el núcleo magnético: -
La longitud activa (La).
-
La altura de la corona (Hc)
-
El ancho de diente (Ad).
-
El diámetro interior (Di).
-
El número de ranuras (z).
-
El ancho de ranuras (bm)
-
La altura de ranura (hm).
-
La profundidad de ranura (Hm).
Ver figura Nº 1.9-b dimensiones y mediciones del estator que se debe medir con la regla milimétrica para llenar los datos en la hoja de recepción de bobinado.
Fig1.9-b
1.4.2. Fuerza electromotriz inducida en los devanados
Se sabe que la fuerza electromotriz eficaz inducida en una bobina de ne Espiras que se desplaza en un campo sinusoidal giratorio es proporcional al flujo y a la frecuencia de este campo, independientemente del número de polos: E = 4.44 f ne f 10-8 E = Fuerza electromotriz inducida en voltios. F = Frecuencia de la red en hertzios. f = Flujo magnético por polo en Maxwell. ne = Número de espiras de la bobina. Para N conductores en serie por fase, con un factor de arrollamiento Ka, y considerando la fuerza electromotriz inducida E igual a la tensión de fase en voltios (v), tenemos: v = 4.44 f Ka
N 10 − 8 2
v = 2.22 f Ka N 10 − 8 ne = Ka
N 2
Ka = Kp Kd Kp = Factor de paso. Kd = Factor de distribución. N = Número de conductores en serie por fase. 1.4.3. Factor de paso Kp
Una de las características de la bobina o sección es el paso y, o sea, el número de dientes que abarca, El paso puede determinarse como la diferencia ente los números de ranuras en las cuales son colocadas ambos lados de la bobina.
El paso se denomina diametral si es igual al intervalo polar t, es decir, a la distancia entre los ejes de los polos vecinos opuestos, o también el número de ranuras (dientes) correspondientes a un polo. En este caso:
y = =
z 2p
donde:
z es el número de ranuras (dientes) del Núcleo, y 2p el número de polos del devanado. Normalmente, el paso de la bobina es menor que el paso polar y se denomina corto. El acortamiento del paso se caracteriza por el factor de paso Kp = y/t; permite ahorrar el cable de devanado (a costa de las partes frontales más cortas), facilitar la colocación del devanado y mejorar las características de los motores. El acortamiento del paso utilizado, normalmente, se encuentra dentro de los límites de 0.85 a 0.66. El factor de paso Kp se calcula de la siguiente manera:
Kp = Sen(90º y / )
Y = paso real t = paso diametral
1.4.4. Factor de distribución Kd.
Las f.e.m.s. inducidas en las bobinas individuales de un grupo q, correspondientes a cada polo y fase, no están en fase; sino que se encuentran desplazados entre si de un ángulo y (ángulo de ranura) en grados eléctricos. El factor de distribución Kd expresa la reducción de la f.e.m. resultante del grupo de bobinas, originada por la distribución de las espiras en q pares de ranuras, en vez de colocarlas en un solo par de ranuras. Para calcular este factor se procede de la siguiente manera:
Kd =
f .e.m. resultante Suma de las f .e.m.s.inducidas individual es
kd =
Sen(q / 2 ) qSen( / 2 )
g = (360/z)p q = z/2pm g = Angulo de ranura en grados eléctricos q = Número de ranuras por polo y fase, o número de bobinas por grupo m = Número 2p = Número de polos p = pares de polos z = Número de ranuras
1.4.5. Factor de devanado o arrollamiento
El factor de arrollamiento Ka se define como el producto del factor de paso Kp por el factor de distribución Kd:
Ka = Kp.Kd
La distribución del arrollamiento causa un a perdida de espira, o bien una pérdida de tensión de 3.5 a 4.5% en arrollamientos trifásicos.
1.4.6. Número de conductores en serie por fase N
Esta dado por:
N= (N°espiras/bobina )(N° bobinas/ranura)(N° ranuras ) (N° de fases) (N° de circuitos en paralelo)
1.4.7. Cálculo del flujo magnético f
El campo giratorio, al igual que todo magnético, se calcula como flujo f y se expresa en Maxwell. De la expresión de la f.e.m. inducida, mencionada anteriormente, tenemos:
=
V 10 8 2.22 f Ka N
f = Flujo magnetico por polo en Maxwell. V = Tensión de fase en voltios. N = Número de conductores en serie por fase.
1.4.8.
Cálculo de las Inducciones Magnéticas en el núcleo
a) Inducción en la Corona Bc. El flujo magnético se reparte en la Corona en dos partes considerándose aproximadamente que la inducción máxima está uniformemente repartida en todas las secciones de la Corona del núcleo. Se deduce de ello que entre el flujo y la inducción máxima de dicha Corona existe la relación:
Bc =
2 Sc
Sc =
La Hc fa
Sc =
Sección de la Corona.
La =
Longitud activa.
Hc =
Altura de Corona
fa =
Factor de apilamiento.
Bc =
Inducción magnética en la Corona Gauss.
Reemplazando, y para un factor de apilamiento igual a 0.9, tenemos:
Bc =
2 x 0.90 La Hc
Bc = 0.556
La Hc
b) Inducción en el entrehierro Br La relación entre el flujo magnético y la inducción en el entrehierro es la siguiente:
Br =
2 Se
Se
=
(p Di La) / 2p
Se
=
Sección en el entrehierro.
Br
=
Inducción en el entrehierro.
Di =
Diámetro interior
2p = Número de polos. Remplazando:
Br =
Br =
2 (DiLa ) / 2 p
p DiLa
p = Pares de polos.
c) Inducción en el diente Bd
Considerando la misma relación entre el flujo y la inducción en el diente, como en el entrehierro, tenemos:
Bd =
2 Sd
Sd= (z fa La Ad)/2p Bd = Inducción magnética en el diente. Sd = Sección de los dientes en un polo Reemplazando: Bd =
2 ( z faLaAd ) / 2 p
Bd = 1.75
LaAd ( z / 2 p )
Las magnitudes de Bc, Br y Bd utilizadas para motores de uso general varían en el siguiente rango: -
Bc = 14000 – 20000 gauss
-
Br = 6000 – 9000 gauss
-
Bd = 14000 – 21000 gauss
Estos valores varían de acuerdo al número de polos, la potencia, tipo constructivo y antigüedad del motor 1.4.9. Densidad de corriente J
La densidad de corriente J la calculamos mediante la siguiente expresión:
J=
I
f
a Cp S =
Densidad de corriente en A/mm2
lf
=
Corriente de fase en Amperios.
a
=
Número de conductores en paralelo.
Cp
=
Número de circuitos en paralelo.
S
=
Sección del conductor en mm2
J
Esta magnitud define las pérdidas en el cobre del bobinado y está, por lo tanto, ligado a la temperatura de operación del motor. Esta magnitud varía del motor y tipo
constructivo. Las densidades de corriente, de acuerdo al tipo constructivo del motor, pueden tener los siguientes valores: -
Motores cerrados con ventilación radial : 3.5 - 4.5 A/ mm2.
-
Los motores semiprotegidos con ventilación radial: 4.5 - 6.5 A/ mm2
-
Motores con ventilación reforzada: 6.5 - 8.5 A/ mm2.
Los valores mayores de las densidades de corriente indicadas, se refieren a los motores de menores dimensiones y más veloces. En la Tabla 1.1 se muestran valores de la densidad de corriente en función a la clase de aislamiento.
1.4.10. Factor de utilización Fu
Llamado también factor de relleno de la ranura, representa la proporción entre el Area sumaria de la sección transversal de los conductores colocados en la ranura (Sm) y el área total de la sección transversal de la ranura (Sr.).
Fu =
Sm Sr
Sm = Nr Cp s Nr = Número de conductores en la ranura. Este factor nos indica si todos los conductores podrán ser colocados o no en las ranuras. Además nos indica si la ranura quedará llena o no. La variación de este factor, de acuerdo al tipo de devanado y forma de la ranura, se muestra en la tabla 1.2. 1.4.11. Densidad de carga lineal Q
Representa el producto de la corriente en un conductor por el número de conductores en la ranura para una unidad de longitud periférica del diámetro interior del núcleo. Según esta definición se tiene:
z Nr I Q=
f
Di a
Q
=
Densidad de carga lineal.
Nr
=
Número de conductores en cada ranura
If
=
Corriente de fase
Di
=
Diámetro interior.
a
=
Circuitos en paralelo
(A/mt)
Para motores de construcción cerrada, con aletas o nervaduras, ventilación externa, clase de aislamiento F, cuatro polos y frecuencia de la red de 60 Hz, se muestra, en la tabla 1.3 la densidad lineal en función del diámetro exterior del nuevo núcleo magnético. Asimismo, en la tabla 1.4 se dan los factores de corrección para motores con otros números de polos. Por otro lado, para la clase de aislamiento B, los valores de densidad lineal es menor aproximadamente en 20% a los de clase F. 1.4.12. Cálculo de la Longitud media de una espira Lm
Para poder calcular el peso del conductor utilizado en el devanado del motor, es necesario primero calcular la longitud media de una espira. A continuación se indica el modo de cálculo para un arrollamiento concéntrico. De acuerdo a la fig. 2.10 tenemos para un bobinado imbricado en punta:
Lm = 2 La + 4 d 0 +
2 Dmy 2 lm − z Sen Sen
Dm
=
Di + Hm + 4 mm.
lm
=
(l1 + l2) /2
Dm
=
Diámetro medio.
Hm
=
Profundidad de ranura.
lm
=
Longitud media de la ranura
Para calcular el diámetro medio Dm, se añaden 4m.m. para tener en cuenta las formas de la ranura y de la cuña de cierre. Los valores varían de acuerdo a la clase de aislamiento: - Clase A
:
12.5 - 20mm.
- Clase B
:
20
- Clase F
:
27.5 - 35mm.
- 27.5 mm.
Para un bobinado concéntrico :
Lm = 2 La + 2 fc + 2 fnc +
2 Dmy z
fc
=
Flecha del lado de conexión.
Fnc
=
Flecha del lado de no conexión.
y
=
paso de bobina
1.4.13. Cálculo del peso del conductor utilizado
El peso del conductor utilizado en el devanado de un motor trifásico se calcula de la siguiente manera: Pc = 26.7 Cp s Lm N a10 −3
(Kg)
Este peso representa el peso neto del cobre y no comprende las conexiones entre las secciones, así como las pérdidas inevitables de recorte durante la reparación. Por lo tanto, es necesario prever un exceso de 5 a 10% del peso neto. 1.4.14. Cálculo de los cables de salida
Para calcular la sección de los cables de salida del devanado a la caja de bornes del motor, primero se calcula la sección neta ( Sn ) en una rama:
Sn = S Cp a El valor de la sección del cable de salida debe ser mayor o igual a la sección neta de la rama, cumpliéndose: Scable > Sn
El tipo de cable se selecciona de acuerdo a los diferentes requerimientos, tales como la tensión de servicio, temperatura de operación y flexibilidad. Normalmente se eligen los tipos flexiplast y ws por sus altas flexibilidades (ver tabla 1.5) Todas las dimensiones del núcleo magnético, las características y parámetros calculados anteriormente se registran en la hoja de cálculo de motores (formato 1.1). Realizados todos los cálculos, y de acuerdo de los resultados obtenidos, la sección de cálculo pasa a la sección de bobinados la hoja de bobinado de motores (formato 4.1), en donde, además de los datos de placa, se indican las medidas del núcleo y las siguientes características del arrollamiento: -
Ranuras por polo.
-
Bobina por ranura.
-
Bobinas por grupo.
-
Número de grupos.
-
Espiras por bobina.
-
Paso de bobina.
-
Conexión.
-
Calibre del conductor.
-
Conductores en paralelo.
-
Número de salidas.
En la tabla Nº 1.6,se muestra la variación de las inducciones en función de la potencia
TABLA 1.1 RANGOS DE DENSIDAD DE CORIENTE EN FUNCION A LA CLASE DE AISLAMIENTO (8)
CLASE DE AISLAMIENTO
Densidad de corriente
AY E
B
F
4
4-6
6-10
120
130
155
(A/mm2)
Temperatura Máxima Admisible (*C)
TABLA 1.2
VARIACION DEL FACTOR DE UTILIZACION DE ACUERDO AL TIPO DE RANURA Y DEVANADO (8)
TIPO DE RANURA TRAPEZOIDAL CUADRADA OVALADA
TIPO DE DEVANADO
FACTOR UTILIZACION (Fu)
O SIMPLE CAPA
0.36-0.43
DOBLE CAPA
0.30-0.40
SIMPLE CAPA
0.40-0.43
DOBLE CAPA
0.36-0.43
DE
TABLA 1.3 DENSIDAD LINEAL VS, DIAMETRO EXTERIOR PARA MOTORES DE CUATRO POLOS Y CLASE DE AISLAMIENTO F (8) CLASE F, 60 HZ, 4 POLOS DIAMETRO EXTERIOR
DENSIDAD LINEAL
DE (m)
Q (103 A/m)
0.10
19
0.12
21
0.14
23
0.15
24
0.16
24
0.18
24
0.20
27
0.22
27
0.24
28
0.26
29
0.28
33
0.30
35
0.32
35
0.34
35
0.35
36
0.36
36
0.38
37
0.40
37
0.42
38
0.44
38
0.45
38
0.46
39
0.48
39
0.50
44
0.55
45
0.60
45
0.65
46
0.70
46
0.75
46
0.80
46
0.90
46
1.00
46
TABLA 1.4 FACTORES DE CORRECCION PARA LA TABLA 4.4 CUANDO EL MOTOR TIENE OTRO NUMERO DE POLOS (8) NUMERO DE POLOS DIAMETRO EXTERIOR
2
6
8
10,12
0.10 - 0.26
0.93
1.000
1.000
0.84
0.96 - 0.50
1.00
0.930
0.930
0.84
0.50 - 0.65
1.10
0.915
0.915
0.84
0.65 - 1.00
1.10
0.920
0.870
0.84
De (m)
TABLA 1.5
INTENSIDAD DE CORRIENTE ADMISIBLE EN CONDUCTORES PARA INSTALACIONES GENERALES TIPOS: TW, UT, MT,XT, INDOPRENE, TM, TFF TX, CTM, NLT, NMT, NPT, WS, TZZ, CCT-B, GPT. Temperatura ambiente : 30°C Temperatura alcanzada en el conductor : 60°C Calibre
Sección Real
AWG-MCM mm2
Intensidad Admisible en amperios Al aire
En Ductos (**)
22
0.324
3 (*)
1 (***)
20
0.517
5 (*)
2 (***)
18
0.821
7 (*)
5 (***)
16
1.310
10(*)
7
14
2.081
20
15
12
3.309
25
20
10
5.261
40
30
8
8.366
55
40
6
13.300
80
55
4
21.150
105
70
2
33.630
140
95
1
42.410
165
110
1/0
52.48
195
125
2/0
67.43
225
145
3/0
85.03
260
165
4/0
107.20
300
195
250 MCM
126.7
340
215
300
151.0
375
240
350
177.4
420
260
400
202.7
455
280
500
253.4
515
320
600
304.0
575
335
(*)
Calibres primitivos solo para instalaciones interiores
(**)
No mas de 3 conductores en el ducto.
(***)
Calibres permitidos solamente para sistemas con tensiones inferiores a 100 voltios.
TABLA 1.6 VARIACION DE LAS INDUCCIONES EN LA CORONA, ENTREHIERRO Y DIENTES CON RESPECTO A LA POTENCIA (8)
POTENCIA
INDUCCIONES
(HP)
Bc
Br
Bd
(GAUSS)
(GAUSS)
(GAUSS)
0.4 – 12
14000 - 18000
6000 - 8500
14000 - 19000
15 - 30
15000 - 20000
6000 - 9000
15000 - 20000
36 - 60
14000 - 18500
6500 - 8500
15000 - 21000
70 - 125
14000 - 16500
6000 - 7500
14000 - 18000
1.5. BOBINADO CONCENTRICO IMBRINCADO 1.5.1. DEVANADO DE BOBINAS CONCENTRICAS
Las bobinas que forman un grupo tienen diferentes pasos y en cada fase se dispone un número de grupos igual a la mitad del número de polos del motor. Según podemos ver en la figura 1.11 El número de bobinas es igual a la mitad del números de ranuras, y el número de ranura, y el número de bobinas por grupo está dado por: q=
Nr 3 xP
Donde: Z=Nr :
Número de ranuras del estator
p
Numero de polos
:
q=B/G:
Número de bobinas por grupo
Los pasos de bobina mayor y menor en ranuras se calculan usando :
Ymax= 4 x q - 1 .....................(a)
Ymin= 2 x q + 1 .....................(b)
Y los intermedios se obtienen restando 2, sucesivamente al mayor de los pasos: En los bobinados concéntricos debemos tener en cuenta, calcular el total de conductores efectivos en estos tipos de bobinados. a) Demostración: N3 N2
Kp3
N1 Y1
Kp2
Kp1
Y2 Y3
En un bobinado donde hay 3 tipos de pasos diferentes y el número de espiras por bobina es constante o iguales. N1=N2=N3=Ni Ni=cte=número de espiras.
Para el análisis de las capas de los bobinados sabemos que : Nr 2
1 capa
B.T. =
2 capas
B.T. = Nr
B.T . Nr = 2(B.T .) = 2 ....................(1) Zb / r Nr xzb / r 2
B.T . =
Despejando de la relación (a) tenemos: N .G. B.T . x B.T . = ( fases )x ...............(2) fases N .G.
Reemplazando (2) en (1) N .G. B.T . 2 ............(3) Nr = x fase x Zb / r fases N .G. P=
N .G para polos opuestos fase
Si denominamos que:
i =
Yi x 90 T
Análogamente para varios pasos: Y1, Y2, Y3.......Yn i =
Yi x 90 T
Si sabe que: Kp1= Sen
Y1 x 90 T
Entonces: Y Y Y Y N1 Sen 1 x 90 + N 2 Sen 2 x 90 + N 3 Sen 3 x 90 + N i Sen i x 90 T T T T Kp = N1 + N 2 + N 3 + .....N i
..........(4) En forma general sería: n
Kp =
Ni.Kpi i =1
n
Ni i =1
...................(5)
FORMATO 1.1 INGENIEROS
REPARACION DE MAQUINA ELECTRICA
HOJA
DE
REBOBINADO
O.T.N° CLIENTE
MARCA:
N°
TIPO:
FRAME:
POTENCIA:
RPM
CONEXIÓN:
CONEXIÓN:
FREC:
COS O
VE:
VR:
IE
IR
F. S
PROTECCIO
CON PLACA BORNERA
ORIGINAL CABLES
AROLLAMIENTO:
SIN PLACA BORNERA
REBOBINADO
N° BARRAS JAULA
ENTREHIERRO
N:
MEDIDAS DEL
CARACTERISTICAS DEL ARROLLAMIENTO
NUCLEO (mm)
RECIBIDO
LONGITUD ACTIVA
RANURAS POR POLO
ANCHO DE CORONA
BOBINAS POR RANURA
ANCHO DE DIENTE
BOBINAS POR GRUPO
DIAMETRO INFERIOR
NUMERO DE GRUPOS
DIAMETRO EXTERIOR
ESPIRAS POR BOBINA
ANCHO DE RANURA
PASO DE BOBINA
LONG. DE RANURA
CONEXIÓN
N° DE RANURAS
ALAMBRE
FLECHA LADO DE
ALAMBRES EN
CONEXIÓN
PARALELO
ENTREGADO
NUMERO DE SALIDAS FLECHA LADO DE
NUMERO DE POLOS
NO CONEXIÓN
CLASE DE AISLAMIENTO
DIMENSIONES DE
PESO DEL COBRE
CABLES
CABLE DE SALIDA
TRABAJOS A REALIZAR
SUPERVISOR OBSERVACIONES:
BOBINADOR
INICIO
TÉRMINO TIEMPO EMPLEADO:
1.5.2. DEVANADO IMBRINCADO
Las bobinas que forman un grupo tienen el mismo paso y en cada fase se dispone un número de grupos iguales al número de polos. Se utilizan en motores de mediana potencia y ofrecen la posibilidad de escoger el paso de la bobina convenientemente para minimizar el contenido de armónicos del campo magnético del motor. Podemos ver en la figura N° 1.12 El paso de la bobina debe de ser lo más próximo posible a :
y=
5 z x 6 p
y el número de bobinas por grupo está definido por:
q=
z 3p
Si sabemos que :
=
z p
Para capa simple B.T = z/2 Para doble capa B.T = Z Donde :
: es el paso completo o paso polar
y
: es el paso de la bobina
q
: es el número de bobinas por grupo
p
: es el número de polos
De la fórmula de aplicación tenemos : Para el factor de paso;
y.90 Kp = sen z/ p
y.90 Kp = sen
El paso de la bobina casi siempre es menor que el paso polar, en tal caso el paso toma el nombre de paso reducido. En ningún caso tal reducción puede alcanzar a la mitad del paso polar. 1.6.
TENSION DE TRABAJO Y CONEXIONADO INTERNO DEL ESTATOR.
Una vez concluida la colocación de las ranuras así como terminado el acuñamiento del devanado, se realizan las conexiones para componer el esquema del devanado, los terminales de los grupos de bobinas salientes de las ranuras situadas cerca de la caja de bornes, son considerados como comienzos de las fases . Las 3 fases de un motor trifásico están siempre conectadas en estrellas (y) o en triángulo ( ) . En la conexión en estrella, los finales de las fases están unidos conjuntamente en un punto común (centro de estrella),y cada principio de fase va conectados a unas líneas de alimentación de la red. En la conexión en triángulo, el final de cada fase está unido al principio de la siguiente. Muchos motores trifásicos están concebidos de manera que cada una de sus fases están subdividida en varias ramas o derivaciones iguales, unidas entre si en paralelo. Según el número de derivaciones existentes en cada fase se tiene una conexión de dos ramas (doble paralelo),de tres ramas (o triple paralelo) etc. Pudiendo ser en estrella o en triángulo. Por lo tanto tenemos conexiones tanto en estrella como en paralelo: serie (y), doble paralelo (2y), triple paralelo (3 Y,3 ), etc. A continuación se indica el procedimiento para la conexión en serie (ver figura 1.13): -
Primero se conectan todas las bobinas en grupos si estas no han sido confeccionadas por grupos.
-
Seguidamente se conectan entre si todos los grupos que pertenecen a la fase A, empezando por el primer grupo, de tal manera que las corrientes circulan por los grupos, alternadamente, en sentidos inversos.
-
A continuación se conectan entre si los grupos de la fase C, empezando por el tercer grupo exactamente
-
igual que los de la fase A.
-
Luego se conectan los grupos de la fase B del mismo modo que se ha procedido con las fases A y C; pero empezando por el quinto grupo.
-
Si la conexión en estrella se unen los finales de cada fase; y si es en triángulo, se conectan el final de la fase A con el principio de la fase C, el final de la fase C con el principio de la fase B, y el final de la fase B con el principio de la fase A.
Para las conexiones en paralelo se sigue el mismo procedimiento, pero teniendo en cuenta que, al formarse las derivaciones paralelas, la dirección de los corrientes den los grupos de bobinas deben permanecer iguales que la conexión en serie. En la figura 1.14 se muestra el procedimiento de conexión en estrella/doble paralelo. Los devanados de los rotores bobinados de los motores asíncronos se conectan primordialmente en estrella conectándose juntas las tres de las seis varillas libres y las otras tres con los anillos contactores (rozantes) del rotor. Las conexiones se efectúan con soldaduras de estaño, plomo, plata etc, de acuerdo a la dureza de los conductores: luego se aislan, generalmente con tubos aislantes (espaguettys). En el anexo 1 se muestran estas soldaduras y materiales aislantes . Una vez realizadas las conexiones se procede a sujetar y aislar las partes frontales del devanado (cabezas de bobinas). En el caso del rotor bobinado se sujetan con
unos bandajes de alambre de acero o con cinta con fibra de vidrio especiales.
CAPITULO II CALCULOS MATEMÁTICOS EN EL PROCESO DE REBOBINADO DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN Siempre que se rebobina un motor se trata de dejarlo tal como era originalmente salvo en casos especiales de variación de tensión. Para el rebobinado consiste en calcular ciertos,parámetros, como la inducción en él entre – hierro; en la corona y en los dientes del núcleo del estator, los cuales deben de encontrarse entre cierto rango de valores, para que se consideren normales y estos dependen del tipo, tamaño y utilización del motor. Según la hoja de bobinados, del diseño actual del motor, se observa los datos, del recepcionado y del entregado, que sería cuando el estator ya ha sido rebobinado.
2.1 TIPO DE MOTOR TRIFASICO DE 18 HP
Como ejemplo de aplicación, a continuación se describe el proceso de reparación de un motor. Asíncrono trifásico de jaula de ardilla, cuyos datos de placa son:
Marca
:
Delcrosa
Potencia
:
18 HP
Tensión
:
220V / 440V
Corriente
:
47A
Conexión
:
2 D/D
Velocidad
:
1745 RPM.
Frecuencia
:
60 HZ
Clase de aislamiento:
B
Tipo
:
Factor de Potencia :
0.85
NV160M4
2.1.1 OBSERVACIONES EXTERNAS Y PRUEBAS DE RECEPCIÓN.
Las diferentes partes tales como escudos, caja de bornes, funda, ventilador, soporte, aletas, eje, placa, de datos, etc.,se encuentra en un buen estado. Estas observaciones se encuentran registradas en el protocolo de pruebas que se adjuntan al final.
Solamente se realizó la medida de la resistencia de aislamiento entre fases y con respecto a masa, concluyéndose que existe cortocircuito entre espiras.
2.1.2 REVISIÓN ELECTROMECÁNICA.
Concluido el desmontaje, se comprobó que los rodamientos estaban en buenas condiciones, requiriéndose simplemente un cambio de lubricante; asimismo se verificó el correcto ajuste de los rodamientos con respecto al eje y a sus respectivos alojamientos.
Se realizaron las pruebas del núcleo magnético y de la jaula de ardilla, cuyo resultado se encuentran registrados en el protocolo de pruebas.
2.1.3 PRUEBA DEL NÚCLEO MAGNÉTICO.(del fierro) La
=
16.2 cm
Hc
=
2.3 cm
Fa
=
0.9
Bc
=
16,000 Gauss (Valor asumido)
Ne
=
10 espiras (asumido)
S
=
33.53 cm2 = La. Hc. Fa = 16.2x2.3x0.9
S
=
33.53 cm2
E
=
4.44 f ne Bc.S 10-8
=
4.44x60x10x16,000x33.53x10-8
=
14.29 voltios
E
Tiempo de prueba = 10 minutos. Resultado : Bien el núcleo se encuentra frio no debe calentarse.
2.2 CALCULOS DEL PROCESO DE REBOBINADO
2.2.1 DATOS DEL NÚCLEO MAGNÉTICO
Diámetro exterior
De = 31.5 cm.
Diámetro interior
Di = 15.9 cm
Longitud activa
La = 16.2 cm
Altura de corona
Hc = 2.3 cm
Ancho de diente
Ad = 7 mm
Número de ranuras Z = 36 Dimensiones de la ranura:
b Hm
h
a
r
=
2
mm.
a
=
5.2
mm
b
=
4.0
mm.
h
=
26.5 mm.
Hm
=
29
mm.
2.2.2. DATOS DEL BOBINADO ANTIGUO
Ranuras por polo
:
9
Bobinas por ranuras
:
2
Bobinas por grupo
:
3
Números de grupo
:
12
Espiras por bobinas
:
14
Paso de bobina
:
1-6-8-10
Cable de salida
:
N° 10 A.W.G.
Conexión
:
2 D/D
Alambre
:
N° 18 A.W.G
Alambres en paralelo
:
3
Número de salidas
:
12
Número de polos
:
4
Clase de aislamiento
:
“B”
Flecha lado conexión
:
75mm.
Flecha lado no-conexión :
65 mm.
2.2.3. CÁLCULO DEL FACTOR DE PASO
Kp = Sen (90° y /t) Kp1 = Sen (90x5/90) = 0.7660 Kp2 = Sen (90x 7/90) = 0.9396 Kp3 = Sen (90x 9/9) = 1
Kp =
0.7660 + 0.9396 + 1 3
Kp = 0.9019
2.2.4 CÁLCULO DEL FACTOR DE DISTRIBUCIÓN
kd =
Sen(q / 2) qSen( / 2 )
g = (360/Z) p = (360/36)2 = 20
q = z / (2p m) = 36/4x3 = 3
Sen(3x 20 / 2) 3Sen(20 / 2)
Kd =
Kd = 0.95979
2.2.5 CÁLCULO DEL FACTOR DE ARROLLAMIENTO
Ka =
kp kd = 0.9019 x 0.95979
Ka =
0.86563
2.2.6. NÚMERO DE CONDUCTORES EN SERIE POR FASE
N=
( N espiras / bobina )( N bobinas / ranura )( N ranuras ) ( N de fases )( N de circuitos en paralelo )
N = 14x2x36
= 168
3x2 N = 168
2.2.7. CÁLCULO DEL FLUJO MAGNÉTICO
=
V 10 8 2.22 fKaN
=
2.20 x10 8 2.22 x60 x0.86563x168
f = 1’135,734.6 Maxwell
2.3
RECONOCIMIENTO DE LA INDUCCIÓN MAGNÉTICA DE ACUERDO A LOS PARÁMETROS TÉCNICOS DE LA PLACA CARACTERÍSTICA
2.3.1. INDUCCIÓN EN LA CORONA.
Bc = 0.556
La Hc
Bc = 0.556 x
1'135,734.6 16.2 x 2.3
Bc = 16,947.623 Gauss
2.3.2.
INDUCCIÓN EN EL ENTREHIERRO Br =
Br =
p DiLa
1'135,734.6 x 2 15.9 x16.2
Br = 8,818.499 Gauss.
2.3.3. INDUCCIÓN DEL DIENTE
Bd = 1.75
LaAd ( z / 2 p )
Bd = 1.75 x
1'135,734.6 16.2 x0.7(36 / 4)
Bd = 19,474.187 Gauss.
2.4.
DENSIDAD DE CORRIENTE
J=
If a Cp s
J=
47 / 3 2 x3x0.8231
J = 5.49 amper / mm2
2.5.CÁLCULO DEL AREA SECCIONAL DE LA RANURA
2.5.1.FACTOR DE UTILIZACIÓN Fu =
Sm Sr
Sm = Nr Cp s =14x2x3x(0.8231 mm)= 69.1404 mm2
Sr =
Sr =
r2
a b + h + + r + br 2 2 2
(2)2 2
5.2 4 + 26.5 + + 2 + 4 x2 2 2
Sr = 2p + 26.5 (5.2/2 + 2 + 2 ) + 8 Sr = 189 .18 mm2 Fu = 69.1404 mm2 189.18 mm2
Fu =
0.36
2.5.2.DENSIDAD DE CARGA LINEAL
Q=
zNrI f
Q=
36 x14 x 2 x 47 x0.159 x 2 3
Dia
(
)
Q = 27,378.42 A / mt.
2.5.3.CÁLCULO DE LA LONGITUD MEDIA DE UNA ESPIRA DEVANADO CONCÉNTRICO:
Dm = Di + Hm + 4 mm =
Dm = 159 + 29 + 4 = 192 mm.
Dm = 192 mm. Lm = 2 La + 2fc + 2fnc +
2 Dm y z
Lm = 2 x 162 + 2(75) + 2 (65) + 2p (192)y 36 Lm = 324 + 150 + 130 + 33.49y
Lm = 604 + 33.49y
Lm1 = 604 + 33.49 (5) = 771.45 = 0.77145 mt
Lm2 = 604 + 33.49 (7) = 838.43 = 0.83843 mt.
Lm3 = 604 + 33.49 (9) = 905.41 = 0.90541 mt.
PARA UN
2.5.4 . CÁLCULO DEL PESO DEL CONDUCTOR UTILIZADO Pc = 26.7 Cp s Lm N a 10-3
Como hay que calcular para cada tipo de bobina, en este Caso:
N = 168 = 14, ya que hay 12 grupos. 12 Pc = 26.7 x 3 x 0.8231 x Lm X 14 x 2 3 x 10-3 Pc = 3.1975 Lm
Pc1 = 3.1975 x 0.77145
= 2.46671 kg.
Pc2 = 3.1975 x 0.83843
= 2.68087 kg.
Pc3 = 3.1975 x 0.90541
= 2.895048kg.
Pc = Pc1 + Pc2 + Pc3 = 8.042629 kg.
Pc = 8.042629 kg.
Considerando un 10% adicional, tenemos:
Pc = 8.84689 kg.
2.5.5.CÁLCULO DE LOS CABLES DE SALIDA Sn = s Cp a = 0.8231 x 3 x 2
Sn = 4.9386 mm2
Según la tabla 2.5, el cable tipo WS N° 12 AWG tiene una sección igual a 3.309 mm2; pero considerando una reserva, tomamos como cable de salida el N° 10 AWG.
2.5.6.
CÁLCULO DEL NUEVO DEVANADO
En los
cálculos del devanado antiguo, observamos que las indicaciones
magnéticas, son muy altas, número de alambre en paralelo muy alto y factor de utilización
muy bajo. Para que estos valores se adecuen a los normales
recomendados, se deben variar algunas características, tales como el tipo de conexión y el número de espiras por bobina.
2.5.7.
FACTOR DE PASO
Kp = 0.9019
2.5.8. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN
Kd = 0.95979
2.5.9. FACTOR DE ARROLLAMIENTO
Ka = 0.86563
2.5.10.
NÚMERO DE CONDUCTORES EN SERIE POR FASE
Considerando espiras por bobina, tenemos:
N = 15 x 2 x 36 3x2
N = 180
2.5.11.
FLUJO MAGNÉTICO
=
220 x108 2.22 x60 x0.86563x180
f = 1’060,019 Maxwell
2.5.12.
INDUCCIÓN EN LA CORONA Bc = 0.556 x 1’060,019 16.2x2.3
Bc = 15,517.782 Gauss
2.5.13.
INDUCCIÓN EN EL ENTRE - HIERRO Br = 1’060,019 x 2 15.9 x 16.2
Br = 8,230.60 Gauss
2.5.14.
INDUCCIÓN EN EL DIENTE
Bd = 1.75 x 1060,019 16.2 x 0.7 x 9
Bd = 18,175.908 Gauss
2.5.15.
DENSIDAD DE CORRIENTE
Considerando alambres en paralelo, tenemos:
J=
J=
2.5.16.
47 / 3 2 x3x0.8231
5.49 A / mm2
FACTOR DE UTILIZACIÓN
Sm = 15 x 2 x 3 x 0.8231 mm = 74.079
Sr = 189.18 mm2
Fu = 74.079 189.18
Fu = 0.39
2.5.17.
DENSIDAD DE CARGA LINEAL
Q=
36 x15 x 2 x 471 3 x0.159 x 2
Q = 29,334.02 A/ mt
2.5.18.
LONGITUD MEDIA DE UNA ESPIRA
Lm1 = 0.77145 mt. Lm 2 = 0.83843 mt Lm 3 = 0.90541 mt
2.5.19.
PESO DEL CONDUCTOR UTILIZADO
En este caso:
N = 180 = 15 12
Pc = 26.7 x 3 x 0.8231 x Lm x 15 x 2 3 x 10-3
Pc = 3.4259 Lm.
Pc1 = 2.6429 Kg
Pc2 = 2.87237 kg
Pc3 = 3.101844 Kg
Pc = 8.617114 kg
Considerando un 10% adicional, tenemos: Pc = 9.478825 kg
2.5.20.
CABLES DE SALIDA
Sn = 0.8231 x 3 x 2 Sn = 4.9386 mm2
Se usará cable N° 10 AWG, tipo WS o flexiplast.
De los cálculos anteriores, observamos que los valores de las inducciones y la densidad de corriente, el factor de utilización y la
densidad de la carga lineal se encuentran dentro de los rangos establecidos. Por lo tanto, el nuevo devanado tendrá las siguientes características:
Ranuras por polo
:
Bobinas por ranuras
9 :
Bobinas por grupo
:
3
Números de grupo
:
12
Espiras por grupo
:
15
Paso de bobina Cable de salida
: :
2
1-6-8-10
N° 10AWG
Conexión
:
2D/D
Alambre
:
N° 18 AWG
Alambres en paralelo
:
3
Números de salida
:
12
Números de polos
:
4
Clases de aislamiento
:
B
Fecha lado conexión Fecha lado no conexión
: :
75 mm
65 mm
2.5.21. PRUEBAS FINALES
Se realizan las siguientes pruebas:
- Prueba monofásica del estator. - Prueba en vacío.
Los resultados de ambas pruebas se muestran en el protocolo de pruebas adjunto. Asimismo se adjuntan la hoja de bobinado, la hoja de cálculo y el esquema lineal de conexión del devanado con 6 salidas (Figura 2.1)
2.5.22.CÁLCULO DEL PRECIO DE VENTA
a)Costo de materiales
El costo de materiales (CM) se muestra en la tabla. Tabla 2.1
DESCRIPCION
DEL
ARTICULO UNIDAD
UTILIZADO
CANTIDA
PRECIO
D
UNITARIO
IMPORTE
Alambre Nº 18 AWG Clase B
Kg
9.478
10.0
94.78
Papel nomex, clase B de 0.15 mm
Kg
0.5
43.16
21.58
Spaguetty de 2 mm, clase B
ml
6
0.7
4.2
Spaguetty de 4 mm, clase B
ml
1
1.0
1.0
Cable tipo WS Nº10 AWG
ml
9
0.67
6.03
Cinta filamentape 893 de 3/4 ”
Ro
0.5
6.0
3.0
Terminales de cobre de 50 Amp
Pz
12
0.75
9.0
Soldadura de plata de 1/8 ”
Kg
0.10
13.29
1.329
Soldadura de estaño de 60 x 40
kg
0.10
12.38
1.238
Lija de fierro Nº 80
Pl
1
0.70
0.70
Barniz aislante transparente
Gl
0.5
18.30
9.15
CM: $ 152.007
b) Costo de mano de obra directa
CT = 20% de CM CT = $ 30.4014
Precio de venta Considerando:
Fm = 1.05 Ft = 1.05 Fg = 1.05 Fb = 0.8
Tenemos:
Pv = (152.007 x 1.05 + 30.4014 x 1.05 ) x 1.05 0.8 Pv = $251.3815
2.6.
TIPO DE CONEXIONADO INTERNO DE SU TENSION NOMINAL DE TRABAJO
Para este tipo de motor de 220/440 V, de conexión 2 D /D, se puede conectar en delta, cuando el voltaje de la línea es igual al voltaje de la fase, en tanto que la corriente de cada fase es igual a la corriente de la línea dividida entre 1.7321. En vista que los bobinados de cada fase conducen menos corriente que los hilos de la línea, se puede enrollar los alambres de calibre más pequeño, y con más espiras, del que se utiliza para los bobinados conectados en estrella. Cuando deseamos conectar el motor en doble estrella para 220 voltios, sería indispensable cambiar el arreglo de los devanados para formar dos circuitos por fase según la Fig. Nº 2.2, en este caso la corriente se dobla y asciende hasta 47 amperios, pero como a cada fase tiene dos circuitos, la corriente que pasa por cada devanado es la misma que antes, es decir 23.5 Amper. En otras palabras cuando la corriente de la línea aumenta en 47 amperios, la corriente de cada fase también aumenta al doble de lo que era antes del cambio, esto es: I = I l / 1.732 = 47/1.732 = 27.13 amperios. Ahora como los 2 bobinados de cada fase son idénticos, se divide la corriente de cada fase en proporciones iguales, y fluye la mitad 23.5 por uno de ellos, y la otra mitad por el otro bobinado.
A continuación se muestran las vistas fotográficas y láminas del proceso de rebobinado en motores trifásicos. − Vista del aislamiento de las ranuras del estator Fig N° 2.3 − Vista de la colocación de bobinas y conexiones Fig. N° 2.4 − Vista del bobinado estatorico terminado Fig. N° 2.5
Fig 2.1
Fig 2.2 Conexión para 220 voltios- 2 ∆
Figura 2.3 Vista de aislamiento del estator
Figura 2.4 Vista de colocación de bobinas en estator
Figura. 2.5.-Bobinado estatorico terminado
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1. Los motores eléctricos asíncronos, por su principio sencillo y construcción robusta, constituyen en la actualidad las máquinas eléctricas más empleadas en la industria y no exigen grandes requisitos de mantenimiento para evitar costosas interrupciones en el servicio que prestan y los gastos consiguientes de reparación, si se tiene el cuidado de emplearlos correctamente. 2. Las empresas o talleres dedicados a la reparación de motores, y en general de cualquier máquina eléctrica, debe estar equipadas convenientemente y contar con el personal idóneo y calificado para poder garantizar una reparación de alta calidad.
3. La confiabilidad y eficiencia de las reparaciones está respaldada, entre otros factores, por la realización de las siguientes rutinas:
4.
-
Diagnóstico del origen de falla.
-
Análisis de la densidad de flujo y de corriente en toda la máquina.
-
Utilización de materiales de acuerdo a la clase de aislamiento.
-
Selección del ajuste de los rodamientos.
En el proceso de reparación de máquinas eléctricas deben aplicarse los materiales aislantes cuya clase de aislamiento es idéntica a la de los materiales utilizados por la fábrica proveedora; justificándose la sustitución de los materiales aislantes de una clase por las de otra, sólo en aquel caso cuando al hacer la sustitución, se eleva el nivel del aislamiento de la máquina eléctrica.
5.
Un dimensionamiento deficiente del aislamiento compromete la seguridad de la máquina desde el punto de vista eléctrico; un dimensionamiento excesivo reduce la potencia disponible, ya que los aislantes eléctricos son, a la vez
aislantes térmicos y dificultan la dispersión de calor; por lo tanto, se debe utilizar los materiales más apropiados.
6.
Para un motor de construcción normal, la corriente en vacío I0 debe de ser del orden de 20% a 40% de la corriente nominal, dependiendo del tipo de servicio y forma de construcción. Un motor que tiene una gran corriente en vacío debido a una fuerte inducción es más estable; pero su factor de potencia es menor.
7.
Los valores usuales adoptados para la inducción en la construcción de las máquinas eléctricas varían entre límites bastante amplios, según el material y las características específicas del tramo correspondiente al circuito magnético.
8.
El valor de la densidad de corriente, que define las perdidas en el cobre del devanado , varía de acuerdo a la clase de aislamiento, velocidad y tipo constructivo del motor; siendo, por ejemplo más grande para los motores abiertos y más pequeño para los motores blindados, más grande para los motores veloces y más pequeño para los más lentos; más grande para los motores de clase F que para los de clase B.
9.
La determinación del valor de la sección del
conductor utilizado para el
bobinado es muy importante, ya que está relacionada
con la corriente
circulante y con las dimensiones de la ranura. Lo primero por razones de calentamiento del bobinado y lo segundo por razones
de posibilidad de
ubicación dentro de cada ranura.
10. Si un motor, luego de ser rebobinado, se comporta dentro de ciertos límites que lo acercan a las condiciones de fabricación, puede estimarse que el trabajo está bien realizado, ya que las pequeñas diferencias en el rendimiento, factor de potencia, corriente absorbida de la red, etc., se aceptan porque no es posible repetir con mayor exactitud las cifras originales de fábrica.
BIBLIOGRAFÍA [1].
“Máquinas de corriente Alterna”, Michael Liwschitz – Garrik, Clyde C. Whipple, 1976.
[2]
“Reparación de motores Eléctricos”, Robert Rosenberg.
[3].
“Manual del Electricista en Trabajos de devanado
y aislamiento”, N.M.
Perelmuter, 1983
[4].
“Cálculo industrial de máquinas eléctricas”, Tomo II, Juan Corrales Martín, 1976
[5].
“Manual Práctico de medidas eléctricas y de ensayos de Máquinas”, M. Lafosse, 1965
[6].
“Consejos para la utilización de motores Eléctricos” Ing. Antonio Ferreccio Nosiglia, 1978, UNI.
[7].
“Máquinas Eléctricas”, Ing. G. Donizetti; 1962, UNI.
[8].
“Manual de Mantenimiento de Transformadores ASEA – Brown Bovery. 1993.
[9].
Gugliandoloca Fillippo, Ismodes C. Anibal E, “ Como Seleccionar un Motor Eléctrico”
[10]. Tablas, formatos y datos estadísticos de la Compañía
FARELSA S.A.,
FRESA , AEI Ingenieros. [11]. Tablas, formatos y datos estadísticos de la Compañía Ingenieros.
FRESA , AEI
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