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BOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS
     DE CORRIENTE ALTERNA




APUNTES Y EJERCICIOS PRÁCTICOS
           (2ª PARTE)




                        Juan José Hoyos García
                        20/04/2008
Adjuntos fichero 408733
BOBINADO DE MOTORES




                                        ÍNDICE

1   INTRODUCCIÓN

2   OBJETIVOS

3   CONCEPTOS GENERALES (REPASO)
    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 (REPASO)
    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 DE DOS VELOCIDADES
    5.1  Bobinados concéntricos
    5.2  Bobinados imbricados

6   BOBINADOS BIFÁSICOS

7   BOBINADO DE MOTORES MONOFÁSICOS
    7.1  Bobinados separados
    7.2  Bobinados superpuestos

8   DOCUMENTOS DE APOYO Y BIBLIOGRAFÍA

ANEXO I      RELACIÓN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS

ANEXO II     TABLAS DE FÓRMULAS




                                                                                    1
CEFIRE DE ELDA




1    INTRODUCCIÓN

     La publicación de estos apuntes sobre bobinados de motores eléctricos, 2ª parte,
pretender ser una ampliación a los apuntes ya publicados el curso anterior también a través
del Cefire de Elda. Por lo tanto, continuan siendo una herramienta de aprendizaje tanto para
los alumnos como para los profesores de Ciclos Formativos de la rama de 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 que los compañeros profesores de
ciclos puedan aprovecharlos en sus 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 Electrotécnicas, en concreto para el módulo de Mantenimiento de
Máquinas Eléctricos impartido en segundo curso.

     Para el desarrollo curricular de los ejercicios propuestos se han tomado como
referencias las capacidades terminales, criterios de evaluación y contenidos del currículo
que aparecen en los siguientes Reales Decretos:

         - RD 629/1995, título y enseñanzas mínimas.
         - RD 196/1996, currículo.

    En este módulo de carácter práctico se incluye el cálculo y diseño de bobinados no solo
de motores eléctricos de todo tipo sino también de transformadores. Además de ensayos y
formas de controlarlos.

    Es un módulo que se desarrolla normalmente en los talleres de electricidad. No
obstante, también es aconsejable el uso de ordenadores para buscar información 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.   Diseñar y calcular máquinas eléctricas rotativas de corriente alterna. Comprender 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.




2
BOBINADO DE MOTORES



3 CONCEPTOS GENERALES (REPASO)

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:

                                                     K
                                              Yp =
                                                     2p

     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:

                                              YK ≈ Yp


                                                                                           3
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    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 Yk<Yp, bien porque Yp no es entero o por razones
constructivas o de funcionamiento. Paso alargado es cuando Yk>Yp



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

    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.




4
BOBINADO DE MOTORES



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




                                                                                         5
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4 BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA (REPASO)

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:


6
BOBINADO DE MOTORES



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.



                                                                                         7
CEFIRE DE ELDA

    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             U    X
                                     2ª fase             V    Y
                                     3ª fase             W    Z




8
BOBINADO DE MOTORES

    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 (Y120), 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.




                                                                                             9
CEFIRE DE ELDA


                       U    V   W    →K/3P
                       1             ↓ 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.




10
BOBINADO DE MOTORES




5 BOBINADOS DE DOS VELOCIDADES

     Para conseguir dos velocidades en un motor se puede lograr de dos formas diferentes;
la primera, la más sencilla eléctricamente consiste en bobinar el motor con dos bobinados
independientes, correspondiendo a cada uno de ellos una polaridad diferente.

    Este procedimiento de superponer dos bobinados en las ranuras del motor hace que
este tenga mucho volumen para poca potencia, ya que las ranuras han de ser de doble
cavidad para poder contener el doble bobinado.

   El segundo procedimiento de obtención de las velocidades consiste en que en un
mismo bobinado puedan obtenerse dos polaridades cambiando sus conexiones.

    Se tiene, por ejemplo, que siendo de 8 polos, la polaridad mayor de un bobinado, de
dos velocidades, al hacer la conmutación de los polos queda reducida a la mitad, es decir, 4
polos. Correspondiendo para la primera polaridad 750 rpm y para la segunda 1500 rpm.

      Para hacer el cálculo de este tipo de bobinados se han de seguir las siguientes normas:



5.1     BOBINADOS CONCÉNTRICOS

      Llamando (P) a la polaridad mayor y (p) a la polaridad menor se tendrá:

      Número de grupos
                                               G = 2pq

      Número de ranuras por polo y fase
                                                      K
                                            Kpq =
                                                     2Pq

      Número de bobinas por grupo
                                                K
        - Por polos consecuentes          U=
                                               2Pq

                                  K
        - Por polos         U=
                                 4Pq
      Amplitud de grupo

        - Por polos consecuentes: m = (q-1)xU
        - Por polos: m = (q-1)xU



                                                                                           11
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      Paso de principios
                                                       K
                                              Y120 =
                                                       3p

      Por lo que resumiendo queda:



      Con la polaridad mayor se calculará     ⎧Nº de ranuras por polo y fase
                                              ⎨
                                              ⎩Nº de bobinas por grupo


                                              ⎧Nº de grupos del bobinado
      Con la polaridad menor se calculará     ⎨
                                              ⎩Paso de principios


5.2     BOBINADOS IMBRICADOS

      Número de grupos del bobinado
                                               G = 2pq
      Número de ranuras por polo y fase
                                                       K
                                              Kpq =
                                                      2Pq
      Número de bobinas por grupo
                                                     B
                                               U=
                                                    2pq
      Paso de ranuras
                                                      K
                                               Yk =
                                                      2P
      Paso de principios
                                                       K
                                              Y120 =
                                                       3p

      Por lo que resumiendo queda:


                                            ⎧Nº de ranuras por polo y fase
      Con la polaridad mayor se calculará ⎨
                                            ⎩Paso de ranura

                                          ⎧Nº de grupos del bobinado
                                          ⎪
      Con la polaridad menor se calculará ⎨Nº de bobinas por grupo
                                          ⎪Paso de principios
                                          ⎩


12
BOBINADO DE MOTORES




Ejemplo 1: Calcular un bobinado concéntrico por polos consecuentes para dos velocidades
           cuyos datos son:
           Nº de ranuras K = 24
           Nº de polos 2p = 2 y 2P = 4
           Nº de fases q = 3
           Nº de bobinas B = K (dos capas)

Número de grupos

                                    G = 2pq = 2 × 3 = 6

Número de ranuras por polo y fase

                                         K   24    24
                              Kpq =        =     =    =2
                                        2Pq 4 × 3 12

Número de bobinas por grupo

                                      K   24    24
                               U=       =     =    =2
                                     2Pq 4 × 3 12

Amplitud de grupo

                         m = (q - 1) × U = ( 3 − 1) × 2 = 2 × 2 = 4

Paso de principios

                                         K   24    24
                               Y120 =      =     =    =8
                                         3p 3 × 1 3



Tabla de principios

                                    U        V        W
                                    1        9        17




                                                                                       13
CEFIRE DE ELDA



                 Dibujo del bobinado




14
BOBINADO DE MOTORES




Ejemplo 2:    Calcular un bobinado imbricado por polos para dos velocidades cuyos datos
              son:
              Nº de ranuras K = 24
              Nº de polos 2p = 2 y 2P = 4
              Nº de fases q = 3
              Nº de bobinas B = K

Número de grupos

                                    G = 2pq = 2 × 3 = 6

Número de ranuras por polo y fase

                                         K   24    24
                              Kpq =        =     =    =2
                                        2Pq 4 × 3 12

Número de bobinas por grupo

                                      B   24    24
                               U=       =     =    =4
                                     2pq 2 × 3 6

Paso de ranuras

                             K 24
                      YK =     =  =6
                             2P 4           paso de bobina de 1 a 7

Paso de principios

                                         K   24    24
                               Y120 =      =     =    =8
                                         3p 3 × 1 3

Tabla de principios

                                    U        V      W
                                    1        9      17




                                                                                    15
CEFIRE DE ELDA



                 Dibujo del bobinado



                                       X

                                       2V


                                       1W


                                       Z

                                       2U


                                       1V


                                       Y

                                       2W


                                       1U




                                       X


                                       2V

                                       1W


                                       Z


                                       2U

                                       1V



                                       Y

                                       2W

                                       1U


16
BOBINADO DE MOTORES




6 BOBINADOS BIFÁSICOS

    Los motores bifásicos, por lo general, se hacen concéntricos y por polos, ya que al
hacerlos por polos consecuentes, resulta complicado al tener que hacer diferentes modelos
de bobinas, por lo que queda desechado el realizar este tipo de bobinados.

    El cálculo de los bobinados bifásicos es igual al empleado con los bobinados
concéntricos.

     En lo único que varía el cálculo es en los principios, que en este caso se determinarán
para una distancia eléctrica en grados de 90. La fórmula que da el paso de principios se
indica por Y90.
                                                    K
                                            Y90 =
                                                    4p

    Si se desea conocer nuevos principios en el bobinado, se determinará el paso de ciclo
que equivale a 360 grados eléctricos.
                                                     K
                                            Y360 =
                                                     p

    Aplicando las dos fórmulas se establecerán los principios, lo que se demuestra
prácticamente con el siguiente ejemplo.




Ejemplo: En un motor de 36 ranuras y 6 polos determinar la tabla de principios.


    Paso de principios
                                           K   36    36
                                   Y90 =     =     =    =3
                                           4p 4 × 3 12

    Paso de ciclo
                                               K 36
                                      Y360 =     =   = 12
                                               p   3

    Tabla de principios
                                       U            V
                                        1            4
                                       13           16
                                       25           28




                                                                                         17
CEFIRE DE ELDA



Ejemplo 3:      Calcular un bobinado concéntrico por polos.
                Nº de ranuras K = 16
                Nº de polos 2p = 2
                Nº de fases q = 2


Número de grupos del bobinado                    G = 2pq = 2 × 2 = 4
                                                          K   16    16
                                                 Kpq =      =     =    =4
Número de ranuras por polo y fase                        2pq 2 × 2 4

                                                         K   16    16
                                                 U=        =     =    =2
Número de bobinas por grupo                             4pq 4 × 2 8


Amplitud del grupo
                              m = ( q- 1) × 2U = ( 2 − 1) × 2 × 2 = 4
                                         K   16    16
                                 Y90 =     =     =    =4
Paso de principios                       4p 4 × 1 4

                                          K 16
                                 Y360 =    =   = 16
Paso de ciclo                             p 1

Tabla de principios                U            V
                                   1            5



                                          Dibujo del bobinado




          U                  V                      X             Y



18
BOBINADO DE MOTORES




Ejemplo 4:      Calcular un bobinado concéntrico por polos.
                Nº de ranuras K = 32
                Nº de polos 2p = 4
                Nº de fases q = 2


Número de grupos del bobinado

                                      G = 2pq = 4 × 2 = 8

Número de ranuras por polo y fase

                                           K   32    32
                                 Kpq =       =     =    =4
                                          2pq 4 × 2 8

Número de bobinas por grupo

                                      K     32      32
                                U=      =         =    =2
                                     4pq 4 × 2 × 2 16

Amplitud del grupo

                             m = ( q - 1) × 2U = ( 2 − 1) × 2 × 2 = 4

Paso de principios

                                          K   32    32
                                  Y90 =     =     =    =4
                                          4p 4 × 2 8

Paso de ciclo

                                               K 32
                                      Y360 =     =   = 16
                                               p   2

Tabla de principios

                                           U           V
                                            1           5
                                           17          21


Se toman como principios: U-1, V-5




                                                                                         19
CEFIRE DE ELDA




                 Dibujo del bobinado




                                       Y




                                       X




                                       V




                                       U



20
BOBINADO DE MOTORES



7 BOBINADO DE MOTORES MONOFÁSICOS

      Los bobinados monofásicos suelen ser siempre concéntricos y por polos.

    Los motores monofásicos tienen dos bobinados independientes, el principal y el auxiliar.
Estos dos bobinados pueden ir separados o superpuestos.

    El bobinado es separado cuando los dos bobinados ocupan ranuras diferentes y
superpuesto cuando algunas bobinas auxiliares van colocadas en ranuras ocupadas,
parcialmente, por bobinas principales.


7.1     BOBINADOS SEPARADOS

     En los bobinados separados el devanado principal ocupa los dos tercios de las ranuras
totales. Por lo que el número de bobinas por grupo U y la amplitud m, viene dado por la
misma fórmula:
                                                     K
                                             U=m=
                                                     6p
    El devanado auxiliar ocupa un tercio de las ranuras totales y el número de bobinas por
grupo Ua viene dado por la fórmula.
                                                     K
                                             Ua =
                                                    12p
                                                                               K
      La amplitud ma del grupo auxiliar, viene dada por la fórmula      ma =
                                                                               3p
   Para calcular el paso de principios se seguirá el mismo método que se emplea para
motores bifásicos.
                                        K
      Paso de principios        Y90 =
                                        4p
                                K
      Paso de ciclo    Y360 =
                                p


7.2     BOBINADOS SUPERPUESTOS

    La disposición constructiva adoptada para los bobinados superpuestos varía mucho
según los fabricantes.

    Para calcular un bobinado superpuesto se empezará por adoptar el número de bobinas
por grupo principal U, cuyo valor puede ser entero o entero+medio. Con este valor podremos
determinar el número de ranuras ocupadas por el bobinado principal, que será igual a
2px2U, de forma que las ranuras libres serán K-(2px2U), con lo que el valor de la amplitud
de grupo principal será:


                                                                                         21
CEFIRE DE ELDA



                                                     K - ( 2p × 2U)
                                                m=
                                                            2p

    Seguidamente se adoptará el número de bobinas por grupo del bobinado auxiliar. A
este fin se ha de tener en cuenta que este valor depende del obtenido para la amplitud del
grupo principal. En efecto, si este es par, el número de bobinas por grupo auxiliar ha de ser
un número entero, mientras que si la amplitud resulta de valor impar, el número de bobinas
por grupo auxiliar ha de ser entero + medio, es decir, que las dos medias bobinas exteriores
de dos grupos consecutivos ocuparán la misma ranura.

                                                          K - (2p × 2Ua)
     La amplitud del grupo auxiliar valdrá:       ma =
                                                                2p
     Finalmente se determinará la tabla de principios
                                   K                                           K
     Paso de principios    Y90 =                  Paso de ciclo       Y360 =
                                   4p                                          p



Ejemplo 5:     Calcular un bobinado concéntrico por polos.
               Nº de ranuras K = 24
               Nº de polos 2p = 4
               Nº de fases q = 1 (monofásico)

     Número de bobinas por grupo y amplitud del bobinado principal
                                                 K   24    24
                                    U=m=           =     =    =2
                                                 6p 6 × 2 12
     Número de bobinas por grupo del auxiliar
                                                K    24    24
                                        Ua =      =      =    =1
                                               12p 12 × 2 24
     Amplitud del grupo auxiliar
                                                K   24    24
                                        ma =      =     =    =4
                                                3p 3 × 2 6
     Paso de principios
                                                K   24    24
                                        Y90 =     =     =    =3
                                                4p 4 × 2 8
     Paso de ciclo
                                                         K 24
                                                Y360 =     =   = 12
                                                         p   2
     Tabla de principios

                                    U             Ua
                                     1             4
                                    13            16


22
BOBINADO DE MOTORES




Dibujo del bobinado




                               Xa




                               X




                               Ua




                               U




                                       23
CEFIRE DE ELDA




Ejemplo 6:     Calcular un bobinado concéntrico por polos.
               Nº de ranuras K = 36
               Nº de polos 2p = 6
               Nº de fases q = 1 (monofásico)



     Número de bobinas por grupo y amplitud del bobinado principal

                                             K   36    36
                                   U=m=        =     =    =2
                                             6p 6 × 3 18

     Número de bobinas por grupo del auxiliar

                                           K    36    36
                                   Ua =      =      =    =1
                                          12p 12 × 3 36

     Amplitud del grupo auxiliar

                                            K   36    36
                                    ma =      =     =    =4
                                            3p 3 × 3 9

     Paso de principios

                                            K   36    36
                                    Y90 =     =     =    =3
                                            4p 4 × 3 12

     Paso de ciclo

                                                 K 36
                                        Y360 =     =   = 12
                                                 p   3

     Tabla de principios

                                   U          Ua
                                    1          4
                                   13         16
                                   25         29




24
BOBINADO DE MOTORES




Dibujo del bobinado




                               Xa



                               X




                               Ua



                               U



                                       25
CEFIRE DE ELDA




Ejemplo 7:     Calcular un bobinado concéntrico por polos.
               Nº de ranuras K = 18
               Nº de polos 2p = 2
               Nº de fases q = 1 (monofásico)



     Número de bobinas por grupo y amplitud del bobinado principal

                                                   K   18    18
                                       U=m=          =     =    =3
                                                   6p 6 × 1 6

     Número de bobinas por grupo del auxiliar

                                               K   18     18
                                       Ua =      =      =    = 1,5
                                              12p 12 × 1 12



                                    ⎧ Superpuest os de 1 bobina + media por grupo
     Posibilidad de ejecución       ⎨
                                    ⎩ Alternados . 1 grupo de dos bobinas, 1 grupo de 1 bobina


     Amplitud del grupo auxiliar

                                                K   18    18
                                        ma =      =     =    =6
                                                3p 3 × 1 3

     Paso de principios

                                   K   18    18
                           Y90 =     =     =    = 4,5         Acortado en 0,5 (4)
                                   4p 4 × 1 4

     Paso de ciclo
                                                       K 18
                                              Y360 =    =   = 18
                                                       p 1

     Tabla de principios
                                               U         Ua
                                               1          5




26
BOBINADO DE MOTORES



                  Dibujo del bobinado
                    a) Superpuesto




U       Ua                   X           Xa



                  Dibujo del bobinado
                     b) Alternativo




    U        Ua                  X      Xa



                                                          27
CEFIRE DE ELDA



8      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/indexTelemecanique.htm (20/04/2007)

     - Omron
       URL: http://www.omron.com (20/04/2007)




28
BOBINADO DE MOTORES




ANEXO I      RELACIÓN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS

  Yp     Paso polar.
  Yk     Paso de ranura o ancho de bobina.
  Y      Paso resultante (bobinados ondulados)
  Yc     Paso de conexión (bobinados ondulados)
  Y90    Paso de principios de fase (bobinados bifásicos)
  Y120   Paso de principios de fase (bobinados trifásicos)
  Mc     Paso de cuadro (bobinados fraccionarios)
  m      Amplitud (bobinados concéntricos)
  PP     Bobinado por polos.
  PPC    Bobinado por polos consecuentes.
  2p     Número de polos.
  P      Pares de polos.
  Q      Número de fases.
  K      Número de ranuras.
  B      Número de bobinas.
  Gf     Número de grupos por fase.
  G      Número de grupos totales.
  U      Número de bobinas por grupo.
  F      Frecuencia.
  Kpq    Número de ranuras por polo y fase.




                                                                              29
CEFIRE DE ELDA




ANEXO II     TABLAS DE FÓRMULAS


                        BOBINADOS DE DOS VELOCIDADES

Bobinados concéntricos

                                                              K
                                                        U=       Por polos consec.
                                                  K          2Pq
                 G = 2pq                 Kpq =
                                                 2Pq          K
                                                        U=       Por polos
                                                             4Pq
     m = ( q- 1) × U Por polos consec.            K
                                         Y120 =
     m = ( q- 1) × U Por polos                    3p



                                              ⎧Nº de ranuras por polo y fase
       Con la polaridad mayor se calculará ⎨
                                              ⎩Nº de bobinas por grupo


                                              ⎧Nº de grupos del bobinado
       Con la polaridad menor se calculará ⎨
                                              ⎩Paso de principios


Bobinados imbricados


                              K                B                K               K
        G = 2pq      Kpq =               U=              Yk =          Y120 =
                             2pq              2pq               2p              3p



                                              ⎧Nº de ranuras por polo y fase
       Con la polaridad mayor se calculará ⎨
                                              ⎩Paso de ranura


                                           ⎧Nº de grupos del bobinado
                                           ⎪
       Con la polaridad menor se calculará ⎨Nº de bobinas por grupo
                                           ⎪Paso de principios
                                           ⎩




30
BOBINADO DE MOTORES




                     BOBINADOS DE MOTORES BIFÁSICOS

                                         K                         K
                                 Y90 =                    Y360 =
                                         4p                        p




                  BOBINADOS DE MOTORES MONOFÁSICOS

Bobinados separados


                K              K                     K                     K                 K
       U=m=            Ua =                   ma =                 Y90 =           Y360 =
                6p            12p                    3p                    4p                p



Bobinados superpuestos


                K - ( 2p × 2U)
           m=                             K - (2p × 2Ua )              K                 K
                       2p          ma =                        Y90 =            Y360 =
                                                2p                     4p                p




                                                                                                 31
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  • 1. CEFIRE ELDA BOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA APUNTES Y EJERCICIOS PRÁCTICOS (2ª PARTE) Juan José Hoyos García 20/04/2008
  • 3. BOBINADO DE MOTORES ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN 2 OBJETIVOS 3 CONCEPTOS GENERALES (REPASO) 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 (REPASO) 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 DE DOS VELOCIDADES 5.1 Bobinados concéntricos 5.2 Bobinados imbricados 6 BOBINADOS BIFÁSICOS 7 BOBINADO DE MOTORES MONOFÁSICOS 7.1 Bobinados separados 7.2 Bobinados superpuestos 8 DOCUMENTOS DE APOYO Y BIBLIOGRAFÍA ANEXO I RELACIÓN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS ANEXO II TABLAS DE FÓRMULAS 1
  • 4. CEFIRE DE ELDA 1 INTRODUCCIÓN La publicación de estos apuntes sobre bobinados de motores eléctricos, 2ª parte, pretender ser una ampliación a los apuntes ya publicados el curso anterior también a través del Cefire de Elda. Por lo tanto, continuan siendo una herramienta de aprendizaje tanto para los alumnos como para los profesores de Ciclos Formativos de la rama de 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 que los compañeros profesores de ciclos puedan aprovecharlos en sus 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 Electrotécnicas, en concreto para el módulo de Mantenimiento de Máquinas Eléctricos impartido en segundo curso. Para el desarrollo curricular de los ejercicios propuestos se han tomado como referencias las capacidades terminales, criterios de evaluación y contenidos del currículo que aparecen en los siguientes Reales Decretos: - RD 629/1995, título y enseñanzas mínimas. - RD 196/1996, currículo. En este módulo de carácter práctico se incluye el cálculo y diseño de bobinados no solo de motores eléctricos de todo tipo sino también de transformadores. Además de ensayos y formas de controlarlos. Es un módulo que se desarrolla normalmente en los talleres de electricidad. No obstante, también es aconsejable el uso de ordenadores para buscar información 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. Diseñar y calcular máquinas eléctricas rotativas de corriente alterna. Comprender 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. 2
  • 5. BOBINADO DE MOTORES 3 CONCEPTOS GENERALES (REPASO) 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: K Yp = 2p 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: YK ≈ Yp 3
  • 6. CEFIRE DE ELDA 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 Yk<Yp, bien porque Yp no es entero o por razones constructivas o de funcionamiento. Paso alargado es cuando Yk>Yp 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 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. 4
  • 7. BOBINADO DE MOTORES 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 5
  • 8. CEFIRE DE ELDA 4 BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA (REPASO) 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: 6
  • 9. BOBINADO DE MOTORES 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. 7
  • 10. CEFIRE DE ELDA 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 U X 2ª fase V Y 3ª fase W Z 8
  • 11. BOBINADO DE MOTORES 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 (Y120), 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. 9
  • 12. CEFIRE DE ELDA U V W →K/3P 1 ↓ 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. 10
  • 13. BOBINADO DE MOTORES 5 BOBINADOS DE DOS VELOCIDADES Para conseguir dos velocidades en un motor se puede lograr de dos formas diferentes; la primera, la más sencilla eléctricamente consiste en bobinar el motor con dos bobinados independientes, correspondiendo a cada uno de ellos una polaridad diferente. Este procedimiento de superponer dos bobinados en las ranuras del motor hace que este tenga mucho volumen para poca potencia, ya que las ranuras han de ser de doble cavidad para poder contener el doble bobinado. El segundo procedimiento de obtención de las velocidades consiste en que en un mismo bobinado puedan obtenerse dos polaridades cambiando sus conexiones. Se tiene, por ejemplo, que siendo de 8 polos, la polaridad mayor de un bobinado, de dos velocidades, al hacer la conmutación de los polos queda reducida a la mitad, es decir, 4 polos. Correspondiendo para la primera polaridad 750 rpm y para la segunda 1500 rpm. Para hacer el cálculo de este tipo de bobinados se han de seguir las siguientes normas: 5.1 BOBINADOS CONCÉNTRICOS Llamando (P) a la polaridad mayor y (p) a la polaridad menor se tendrá: Número de grupos G = 2pq Número de ranuras por polo y fase K Kpq = 2Pq Número de bobinas por grupo K - Por polos consecuentes U= 2Pq K - Por polos U= 4Pq Amplitud de grupo - Por polos consecuentes: m = (q-1)xU - Por polos: m = (q-1)xU 11
  • 14. CEFIRE DE ELDA Paso de principios K Y120 = 3p Por lo que resumiendo queda: Con la polaridad mayor se calculará ⎧Nº de ranuras por polo y fase ⎨ ⎩Nº de bobinas por grupo ⎧Nº de grupos del bobinado Con la polaridad menor se calculará ⎨ ⎩Paso de principios 5.2 BOBINADOS IMBRICADOS Número de grupos del bobinado G = 2pq Número de ranuras por polo y fase K Kpq = 2Pq Número de bobinas por grupo B U= 2pq Paso de ranuras K Yk = 2P Paso de principios K Y120 = 3p Por lo que resumiendo queda: ⎧Nº de ranuras por polo y fase Con la polaridad mayor se calculará ⎨ ⎩Paso de ranura ⎧Nº de grupos del bobinado ⎪ Con la polaridad menor se calculará ⎨Nº de bobinas por grupo ⎪Paso de principios ⎩ 12
  • 15. BOBINADO DE MOTORES Ejemplo 1: Calcular un bobinado concéntrico por polos consecuentes para dos velocidades cuyos datos son: Nº de ranuras K = 24 Nº de polos 2p = 2 y 2P = 4 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K (dos capas) Número de grupos G = 2pq = 2 × 3 = 6 Número de ranuras por polo y fase K 24 24 Kpq = = = =2 2Pq 4 × 3 12 Número de bobinas por grupo K 24 24 U= = = =2 2Pq 4 × 3 12 Amplitud de grupo m = (q - 1) × U = ( 3 − 1) × 2 = 2 × 2 = 4 Paso de principios K 24 24 Y120 = = = =8 3p 3 × 1 3 Tabla de principios U V W 1 9 17 13
  • 16. CEFIRE DE ELDA Dibujo del bobinado 14
  • 17. BOBINADO DE MOTORES Ejemplo 2: Calcular un bobinado imbricado por polos para dos velocidades cuyos datos son: Nº de ranuras K = 24 Nº de polos 2p = 2 y 2P = 4 Nº de fases q = 3 Nº de bobinas B = K Número de grupos G = 2pq = 2 × 3 = 6 Número de ranuras por polo y fase K 24 24 Kpq = = = =2 2Pq 4 × 3 12 Número de bobinas por grupo B 24 24 U= = = =4 2pq 2 × 3 6 Paso de ranuras K 24 YK = = =6 2P 4 paso de bobina de 1 a 7 Paso de principios K 24 24 Y120 = = = =8 3p 3 × 1 3 Tabla de principios U V W 1 9 17 15
  • 18. CEFIRE DE ELDA Dibujo del bobinado X 2V 1W Z 2U 1V Y 2W 1U X 2V 1W Z 2U 1V Y 2W 1U 16
  • 19. BOBINADO DE MOTORES 6 BOBINADOS BIFÁSICOS Los motores bifásicos, por lo general, se hacen concéntricos y por polos, ya que al hacerlos por polos consecuentes, resulta complicado al tener que hacer diferentes modelos de bobinas, por lo que queda desechado el realizar este tipo de bobinados. El cálculo de los bobinados bifásicos es igual al empleado con los bobinados concéntricos. En lo único que varía el cálculo es en los principios, que en este caso se determinarán para una distancia eléctrica en grados de 90. La fórmula que da el paso de principios se indica por Y90. K Y90 = 4p Si se desea conocer nuevos principios en el bobinado, se determinará el paso de ciclo que equivale a 360 grados eléctricos. K Y360 = p Aplicando las dos fórmulas se establecerán los principios, lo que se demuestra prácticamente con el siguiente ejemplo. Ejemplo: En un motor de 36 ranuras y 6 polos determinar la tabla de principios. Paso de principios K 36 36 Y90 = = = =3 4p 4 × 3 12 Paso de ciclo K 36 Y360 = = = 12 p 3 Tabla de principios U V 1 4 13 16 25 28 17
  • 20. CEFIRE DE ELDA Ejemplo 3: Calcular un bobinado concéntrico por polos. Nº de ranuras K = 16 Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 2 Número de grupos del bobinado G = 2pq = 2 × 2 = 4 K 16 16 Kpq = = = =4 Número de ranuras por polo y fase 2pq 2 × 2 4 K 16 16 U= = = =2 Número de bobinas por grupo 4pq 4 × 2 8 Amplitud del grupo m = ( q- 1) × 2U = ( 2 − 1) × 2 × 2 = 4 K 16 16 Y90 = = = =4 Paso de principios 4p 4 × 1 4 K 16 Y360 = = = 16 Paso de ciclo p 1 Tabla de principios U V 1 5 Dibujo del bobinado U V X Y 18
  • 21. BOBINADO DE MOTORES Ejemplo 4: Calcular un bobinado concéntrico por polos. Nº de ranuras K = 32 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 2 Número de grupos del bobinado G = 2pq = 4 × 2 = 8 Número de ranuras por polo y fase K 32 32 Kpq = = = =4 2pq 4 × 2 8 Número de bobinas por grupo K 32 32 U= = = =2 4pq 4 × 2 × 2 16 Amplitud del grupo m = ( q - 1) × 2U = ( 2 − 1) × 2 × 2 = 4 Paso de principios K 32 32 Y90 = = = =4 4p 4 × 2 8 Paso de ciclo K 32 Y360 = = = 16 p 2 Tabla de principios U V 1 5 17 21 Se toman como principios: U-1, V-5 19
  • 22. CEFIRE DE ELDA Dibujo del bobinado Y X V U 20
  • 23. BOBINADO DE MOTORES 7 BOBINADO DE MOTORES MONOFÁSICOS Los bobinados monofásicos suelen ser siempre concéntricos y por polos. Los motores monofásicos tienen dos bobinados independientes, el principal y el auxiliar. Estos dos bobinados pueden ir separados o superpuestos. El bobinado es separado cuando los dos bobinados ocupan ranuras diferentes y superpuesto cuando algunas bobinas auxiliares van colocadas en ranuras ocupadas, parcialmente, por bobinas principales. 7.1 BOBINADOS SEPARADOS En los bobinados separados el devanado principal ocupa los dos tercios de las ranuras totales. Por lo que el número de bobinas por grupo U y la amplitud m, viene dado por la misma fórmula: K U=m= 6p El devanado auxiliar ocupa un tercio de las ranuras totales y el número de bobinas por grupo Ua viene dado por la fórmula. K Ua = 12p K La amplitud ma del grupo auxiliar, viene dada por la fórmula ma = 3p Para calcular el paso de principios se seguirá el mismo método que se emplea para motores bifásicos. K Paso de principios Y90 = 4p K Paso de ciclo Y360 = p 7.2 BOBINADOS SUPERPUESTOS La disposición constructiva adoptada para los bobinados superpuestos varía mucho según los fabricantes. Para calcular un bobinado superpuesto se empezará por adoptar el número de bobinas por grupo principal U, cuyo valor puede ser entero o entero+medio. Con este valor podremos determinar el número de ranuras ocupadas por el bobinado principal, que será igual a 2px2U, de forma que las ranuras libres serán K-(2px2U), con lo que el valor de la amplitud de grupo principal será: 21
  • 24. CEFIRE DE ELDA K - ( 2p × 2U) m= 2p Seguidamente se adoptará el número de bobinas por grupo del bobinado auxiliar. A este fin se ha de tener en cuenta que este valor depende del obtenido para la amplitud del grupo principal. En efecto, si este es par, el número de bobinas por grupo auxiliar ha de ser un número entero, mientras que si la amplitud resulta de valor impar, el número de bobinas por grupo auxiliar ha de ser entero + medio, es decir, que las dos medias bobinas exteriores de dos grupos consecutivos ocuparán la misma ranura. K - (2p × 2Ua) La amplitud del grupo auxiliar valdrá: ma = 2p Finalmente se determinará la tabla de principios K K Paso de principios Y90 = Paso de ciclo Y360 = 4p p Ejemplo 5: Calcular un bobinado concéntrico por polos. Nº de ranuras K = 24 Nº de polos 2p = 4 Nº de fases q = 1 (monofásico) Número de bobinas por grupo y amplitud del bobinado principal K 24 24 U=m= = = =2 6p 6 × 2 12 Número de bobinas por grupo del auxiliar K 24 24 Ua = = = =1 12p 12 × 2 24 Amplitud del grupo auxiliar K 24 24 ma = = = =4 3p 3 × 2 6 Paso de principios K 24 24 Y90 = = = =3 4p 4 × 2 8 Paso de ciclo K 24 Y360 = = = 12 p 2 Tabla de principios U Ua 1 4 13 16 22
  • 25. BOBINADO DE MOTORES Dibujo del bobinado Xa X Ua U 23
  • 26. CEFIRE DE ELDA Ejemplo 6: Calcular un bobinado concéntrico por polos. Nº de ranuras K = 36 Nº de polos 2p = 6 Nº de fases q = 1 (monofásico) Número de bobinas por grupo y amplitud del bobinado principal K 36 36 U=m= = = =2 6p 6 × 3 18 Número de bobinas por grupo del auxiliar K 36 36 Ua = = = =1 12p 12 × 3 36 Amplitud del grupo auxiliar K 36 36 ma = = = =4 3p 3 × 3 9 Paso de principios K 36 36 Y90 = = = =3 4p 4 × 3 12 Paso de ciclo K 36 Y360 = = = 12 p 3 Tabla de principios U Ua 1 4 13 16 25 29 24
  • 27. BOBINADO DE MOTORES Dibujo del bobinado Xa X Ua U 25
  • 28. CEFIRE DE ELDA Ejemplo 7: Calcular un bobinado concéntrico por polos. Nº de ranuras K = 18 Nº de polos 2p = 2 Nº de fases q = 1 (monofásico) Número de bobinas por grupo y amplitud del bobinado principal K 18 18 U=m= = = =3 6p 6 × 1 6 Número de bobinas por grupo del auxiliar K 18 18 Ua = = = = 1,5 12p 12 × 1 12 ⎧ Superpuest os de 1 bobina + media por grupo Posibilidad de ejecución ⎨ ⎩ Alternados . 1 grupo de dos bobinas, 1 grupo de 1 bobina Amplitud del grupo auxiliar K 18 18 ma = = = =6 3p 3 × 1 3 Paso de principios K 18 18 Y90 = = = = 4,5 Acortado en 0,5 (4) 4p 4 × 1 4 Paso de ciclo K 18 Y360 = = = 18 p 1 Tabla de principios U Ua 1 5 26
  • 29. BOBINADO DE MOTORES Dibujo del bobinado a) Superpuesto U Ua X Xa Dibujo del bobinado b) Alternativo U Ua X Xa 27
  • 30. CEFIRE DE ELDA 8 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/indexTelemecanique.htm (20/04/2007) - Omron URL: http://www.omron.com (20/04/2007) 28
  • 31. BOBINADO DE MOTORES ANEXO I RELACIÓN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS Yp Paso polar. Yk Paso de ranura o ancho de bobina. Y Paso resultante (bobinados ondulados) Yc Paso de conexión (bobinados ondulados) Y90 Paso de principios de fase (bobinados bifásicos) Y120 Paso de principios de fase (bobinados trifásicos) Mc Paso de cuadro (bobinados fraccionarios) m Amplitud (bobinados concéntricos) PP Bobinado por polos. PPC Bobinado por polos consecuentes. 2p Número de polos. P Pares de polos. Q Número de fases. K Número de ranuras. B Número de bobinas. Gf Número de grupos por fase. G Número de grupos totales. U Número de bobinas por grupo. F Frecuencia. Kpq Número de ranuras por polo y fase. 29
  • 32. CEFIRE DE ELDA ANEXO II TABLAS DE FÓRMULAS BOBINADOS DE DOS VELOCIDADES Bobinados concéntricos K U= Por polos consec. K 2Pq G = 2pq Kpq = 2Pq K U= Por polos 4Pq m = ( q- 1) × U Por polos consec. K Y120 = m = ( q- 1) × U Por polos 3p ⎧Nº de ranuras por polo y fase Con la polaridad mayor se calculará ⎨ ⎩Nº de bobinas por grupo ⎧Nº de grupos del bobinado Con la polaridad menor se calculará ⎨ ⎩Paso de principios Bobinados imbricados K B K K G = 2pq Kpq = U= Yk = Y120 = 2pq 2pq 2p 3p ⎧Nº de ranuras por polo y fase Con la polaridad mayor se calculará ⎨ ⎩Paso de ranura ⎧Nº de grupos del bobinado ⎪ Con la polaridad menor se calculará ⎨Nº de bobinas por grupo ⎪Paso de principios ⎩ 30
  • 33. BOBINADO DE MOTORES BOBINADOS DE MOTORES BIFÁSICOS K K Y90 = Y360 = 4p p BOBINADOS DE MOTORES MONOFÁSICOS Bobinados separados K K K K K U=m= Ua = ma = Y90 = Y360 = 6p 12p 3p 4p p Bobinados superpuestos K - ( 2p × 2U) m= K - (2p × 2Ua ) K K 2p ma = Y90 = Y360 = 2p 4p p 31