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DEVANADOS
GENERALIDADES
Los devanados son los elementos que se encargan específicamente
de la conversión de la energía electromagnética en eléctrica
(Generador) o mecánica (Motor); normalmente se fabrican de
cobre y se aíslan adecuadamente antes de su inserción en las
ranuras.
Los conductores que se encuentran alojados en la parte superior
de la ranura, tiene menor autoinducción que los del fondo y, en
consecuencia, se presenta el efecto pelicular (piel).
Cuando la tensión es elevada suele presentarse efecto corona en
los vacíos existente entre los conductores y los núcleos de la chapa.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 2
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 3
cuña
capa de semiconductor
cinta de asbesto
cinta de mica
aislamiento de los
conductores
conductores
espaciadores
GENERALIDADES
GENERALIDADES
En relación a la ventilación de las máquinas, cuando se trata
de una de polos salientes, su baja velocidad hace posible que
la circulación del aire producida por la estructura misma del
rotor efectué una refrigeración natural. Lo contrario ocurre en
las máquinas de polos lisos que tiene entrehierros pequeños,
conductores de longitud considerable, superficies lisas, rotor
macizo y alta velocidad, haciendo necesaria la ventilación
forzada por medio de hidrogeno a una presión inferior a la del
aire para evitar explosiones a través conductos axiales
ubicados.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 4
RANURAS
Para los alternadores se pueden usar ranuras tipo abierta o
semicerrada, siendo las primeras las más empleadas puesto
que favorece la construcción y el aislamiento de las bobinas
antes de su inserción. Las segundas, son comunes en motores
de inducción y requieren que el devanado se fabrique
colocando los conductores uno a uno en la ranura.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 5
Ranura abierta Ranura semicerrada
TIPOS DE DEVANADOS
• De acuerdo al número de fases
✓ Monofásicos.
✓ Polifásicos.
• Según la forma del arrollamiento
✓ Distribuidos
✓ Concentrados
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 6
TIPOS DE DEVANADOS
Ventajas de los devanados distribuidos:
❖ Reducción de la magnitud de los armónicos
❖ Mejora en la forma senoidal de la onda
❖ Eliminación de algunos armónicos conjuntamente con el factor de
paso
❖ Permite una mayor densidad de corriente en los devanados
❖ Facilita unja mejor refrigeración
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 7
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 8
Imbricado Concéntrico Ondulado
TIPOS DE DEVANADOS
• Según su número de ranuras por polo y por fase
✓ Enteros
✓ Fraccionarios.
• De acuerdo al paso polar
✓ Paso Diametral
✓ Paso Acortado
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 9
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
Consideremos la densidad de campo puramente sinodal
distribuida a lo largo del perímetro del inducido que atraviesa
una espira con ancho de bobina (b) y longitud (l) axial del
estator.
Definiendo el paso polar en función del perímetro del
inducido y del número de polos, se procede a obtener una
expresión para la f.e.m. inducida en esta espira.
𝑩 𝒙 = 𝑩𝒎𝒔𝒆𝒏(𝝅
𝒙
𝝉
)
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 10
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 11
B(x)
x
Bm
b
τ
x1
x1+b
l
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
El flujo en el entrehierro dado por dx es:
𝜑 = ‫׬‬ 𝐵. 𝑑𝐴 ; 𝑑𝐴 = 𝑙𝑑𝑥
𝜑(𝑥) = ‫׬‬
𝑥1
𝑥1+𝑏
𝐵𝑚𝑠𝑒𝑛 𝜋
𝑥
𝜏
. 𝑙𝑑𝑥 = ቚ
−𝐵𝑚𝑙
𝜏
𝜋
𝑐𝑜𝑠(𝜋
𝑥
𝜏
)
𝑥1 + 𝑏
𝑥1
𝜑 𝑥 = 𝐵𝑚𝑙
𝜏
𝜋
cos(𝜋
𝑥1
𝜏
) − cos(
𝜋
𝜏
(𝑥1 + 𝑏))
Si el ancho de la bobina es igual al paso polar, b = τ
𝜑 ൗ
𝑚𝑎𝑥
𝑝𝑜𝑙𝑜
= 2
𝐵𝑚𝑙𝜏
𝜋
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 12
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
Aplicando la ley de Faraday, 𝑒 = −
𝑑𝜑
𝑑𝑡
, se obtiene:
𝑒 = −
𝑑
𝑑𝑡
𝐵𝑚𝑙
𝜏
𝜋
cos(𝜋
𝑥1
𝜏
) − cos
𝜋
𝜏
(𝑥1 + 𝑏)
Sabiendo que “b” es constante y que X1, es una posición que es
función del tiempo
𝑒 = 𝐵𝑚𝑙
𝜏
𝜋
𝜋
𝜏
sen(
𝜋𝑥1
𝜏
)
𝑑𝑥1
𝑑𝑡
−
𝜋
𝜏
sen
𝜋
𝜏
(𝑥1 + 𝑏)
𝑑𝑥1
𝑑𝑡
𝑒 = 𝐵𝑚𝑙 sen(
𝜋𝑥1
𝜏
) − sen
𝜋
𝜏
(𝑥1 + 𝑏)
𝑑𝑥1
𝑑𝑡
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 13
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
Velocidad Tangencial del rotor:
𝑑𝑥1
𝑑𝑡
= 𝑣 = 𝜔𝑚𝑟
ωm: Velocidad angular del rotor.
r: radio del rotor.
𝑒 = 𝐵𝑚𝑙𝜔𝑚𝑟 sen(
𝜋𝑥1
𝜏
) − sen
𝜋
𝜏
(𝑥1 + 𝑏)
Esta expresión muestra la f.e.m. inducida en la espira con flujo sinodal que
tiene la misma forma de la densidad de flujo que la produjo, pero
atrasada 90°.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 14
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
𝜋𝑥1
𝜏
=
𝜋𝑥1
𝜏
+
𝜋𝑏
2𝜏
−
𝜋𝑏
2𝜏
𝛼 =
𝜋𝑥1
𝜏
+
𝜋𝑏
2𝜏
; 𝛽 =
𝜋𝑏
2𝜏
𝑠𝑒𝑛 𝛼 − 𝛽 − 𝑠𝑒𝑛 𝛼 + 𝛽 = 2𝑠𝑒𝑛𝛽𝑐𝑜𝑠𝛼
𝑒 = 2𝐵𝑚𝑙𝜔𝑚𝑟𝑐𝑜𝑠
𝜋𝑥1
𝜏
+
𝜋𝑏
2𝜏
𝑠𝑒𝑛
𝜋𝑏
2𝜏
El termino 𝒔𝒆𝒏
𝝅𝒃
𝟐𝝉
, se define como factor de paso (Kp)
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 15
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
𝑒 = 2𝐵𝑚𝑙𝜔𝑚𝑟𝐾𝑝𝑐𝑜𝑠
𝜋
𝜏
𝑥1 +
𝑏
2
La magnitud de la f.e.m. inducida en una espira es:
𝑒𝑚𝑎𝑥 = 2𝐵𝑚𝑙𝜔𝑚𝑟𝐾𝑝
𝜽𝒆 =
𝒑
𝟐
𝜽𝒎
e = grados eléctricos
m = grados mecánicos
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 16
GRADOS ELÉCTRICOS Vs GRADOS
MECÁNICOS
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 17c
N
S
180°
e
N
N
S
S
e = 2m
N
S
e = 3m
𝜽𝒆 =
𝒑
𝟐
𝜽𝒎
e = m
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
dθ𝑒
𝑑𝑡
=
𝑝
2
dθ𝑚
𝑑𝑡
→ ω𝑒 =
𝑝
2
ω𝑚
𝜔𝑚 =
2𝜋𝑓
ൗ
𝑝
2
p: es el número de polos
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 18
2𝜋𝑟 = 𝜏𝑝
𝑒𝑚𝑎𝑥 = 2𝐵𝑚𝑙
2𝜋𝑓
ൗ
𝑝
2
𝜏𝑝
2𝜋
𝐾𝑝 = 4𝐵𝑚𝑙𝜏𝑓𝐾𝑝
r x
N
S
τ
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL
𝐵𝑚𝑙𝜏 =
𝜋
2
𝜑𝑚𝑎𝑥
𝑒𝑚𝑎𝑥 = 4
𝜋
2
𝜑𝑚𝑎𝑥𝑓𝐾𝑝
𝑒𝑟𝑚𝑠 =
2𝜋
2
𝜑𝑚𝑎𝑥𝑓𝐾𝑝 𝑉/𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎
𝑒𝑟𝑚𝑠 = 4.44𝜑𝑚𝑎𝑥𝑓𝐾𝑝
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 19
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN
UNA BOBINA CON FLUJO SENOIDAL
Si se considera N espiras aparece otro término llamado factor
de distribución (Kd), el cual da cuenta de la forma como esta
distribuidas las espiras a lo largo del estator. Es usual
considerar el producto del factor de paso (Kp) y el factor de
distribución (Kd) como el factor de devanado (Kw).
Por lo tanto, el voltaje inducido en una bobina de N espiras es
𝑬𝒓𝒎𝒔 = 𝟒. 𝟒𝟒𝑵𝝋𝒎𝒂𝒙𝒇𝑲𝒘 ൗ
𝑽
𝒇𝒂𝒔𝒆
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 20
FACTOR DE PASO
Es la relación entre el flujo entrelazado por una bobina al
flujo total por polo.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 21
τ
X1 X1+ b
B(x)
x
Bm
Si la espira con un ancho igual a “b”, se
tiene entonces:
𝐾𝑝 =
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑠𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒𝑎𝑑𝑎
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝐾𝑝 =
‫׬‬
𝑥1
𝑥1+𝑏
𝐵𝑚𝑠𝑒𝑛 𝜋
𝑥
𝜏
.𝑙𝑑𝑥
‫׬‬
0
𝜏
𝐵𝑚𝑠𝑒𝑛 𝜋
𝑥
𝜏
.𝑙𝑑𝑥
= 𝑠𝑒𝑛
𝜋𝑏
2𝜏
FACTOR DE PASO
𝜃𝑒 = Ancho de la bobina expresado en grados eléctricos
𝜃𝑒 =
𝜋
𝜏
𝑏; 𝑲𝒑 = 𝒔𝒆𝒏
𝜽𝒆
𝟐
𝜃𝑒 = 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑒𝑛 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 ∗ 𝛼
Donde 𝜶 es el Angulo entre dos ranuras adyacentes
𝛼 =
180 𝑝
𝑄
Q: # total de ranuras.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 22
FACTOR DE DISTRIBUCIÓN
Dado que todas las espiras no pueden alojarse en la
misma ranura la f.e.m. no es la suma aritmética de las
f.e.m. de cada espira, por ello es necesario utilizar un
factor que compense la suma fasorial de las f.e.m. de
las espiras de una bobina de la suma aritmética de las
mismas. Adicionalmente al distribuir las espiras se
consigue utilizar la periferia interior competa del hierro
del estator.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 23
FACTOR DE DISTRIBUCIÓN
𝐾𝑑 =
σ 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑓. 𝑒. 𝑚. 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑎𝑠𝑒
σ 𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑓. 𝑒. 𝑚. 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑎𝑠𝑒
𝛽 = 𝑞𝛼
𝛽: Ángulo que cubre las ranuras de una fase
𝑞: Número de ranuras que ocupa cada fase por polo
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 24
FACTOR DE DISTRIBUCIÓN
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 25
Eb
Eb
Eb
Eb Eb
Eb
Eb
α

α

Eb
Eb
Eb
FACTOR DE DISTRIBUCIÓN
𝑠𝑒𝑛
𝛽
2
=
𝐸𝑅/2
𝑅
→ 𝐸𝑅 = 2𝑅𝑠𝑒𝑛
𝛽
2
𝐸𝑅 = 2𝑅𝑠𝑒𝑛
𝑞𝛼
2
Pero 𝑠𝑒𝑛
𝛼
2
=
𝐸𝑏/2
𝑅
por lo tanto 𝐸𝑏 = 2𝑅𝑠𝑒𝑛
𝛼
2
𝐾𝑑 =
𝐸𝑅
𝑞𝐸𝑏
=
2𝑅𝑠𝑒𝑛 𝑞
𝛼
2
2𝑅𝑞𝑠𝑒𝑛
𝛼
2
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 26
Eb
Eb
Eb
FACTOR DE DISTRIBUCIÓN
𝑲𝒅 =
𝒔𝒆𝒏 𝒒
𝜶
𝟐
𝒒𝒔𝒆𝒏
𝜶
𝟐
𝑞 =
𝑅𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠
𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠 ∗ 𝑓𝑎𝑠𝑒
𝑞 =
𝑄
𝑝 ∗ 𝑛
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑛: # 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑒𝑠
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 27
FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN UN
DEVANADO (F.M.M., 𝓕)
Consideremos una espira del rotor alimentada con corriente
continua.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 28
I
Estator
Rotor
Espira de
cobre
𝑩
Al circular una corriente por un
conductor se crea un campo
magnético 𝑩 que entrelaza las
espiras del estator y el rotor. Debe
considerarse la permeabilidad
magnética del hierro y el
entrehierro diferentes.
FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN UN
DEVANADO (F.M.M., 𝓕)
Al crearse una trayectoria cerrada entre el estator y el rotor de
la máquina, la F.M.M será:
𝓕 = 𝐍𝐈 = ∮ 𝐇. 𝐝𝐥
Al existir entrehierros diferentes y al crearse una trayectoria
cerrada entre el estator y el rotor de la máquina, la F.M.M
será:
ℱ = NI = ∮ H. dl
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 29
FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN UN
DEVANADO (F.M.M., 𝓕)
La trayectoria cerrada entre el estator y el rotor de la
máquina, crea una F.M.M (𝓕) así:
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 30
Si son N bobinas, la 𝓕 resultante es la suma de todas las
figuras magneto-motrices individuales por bobina.
FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN UN
DEVANADO (F.M.M., 𝓕)
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 31
𝓕𝟏
𝓕𝟐
| | | | | |
𝓕𝟑
𝓕𝑹
𝓕𝑹
Primera
Vuelta
Segunda
Vuelta
Estator
Rotor
Por consideración de simetría no
existen armónicos pares y solo
máquinas muy especiales contienen
armónicos pares.
ℱ θ = −ℱ(−θ)
FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN
DEVANADO TRIFÁSICO
La figura muestra una máquina trifásica
elemental de dos polos. El
arrollamiento consta de tres bobinas
de paso diametral, desplazada entre sí
en el espacio 1200
eléctricos (que
corresponden a 1200
mecánicos).
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 32
ROTOR
ESTATOR
ENTREHIERRO
A
A’
B
B’
C
C’
FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN
DEVANADO TRIFÁSICO
𝑑𝜃𝑒
𝑑𝑡
=
𝑝
2
𝑑𝜃𝑚
𝑑𝑡
→ 𝜔𝑒 =
𝑝
2
𝜔𝑚
ω𝑚= frecuencia angular mecánica del rotor
ω𝑒= frecuencia angular de las ondas eléctricas
ω = 2𝜋𝑓 → f𝑚 =
𝑛
60
n: velocidad del rotor en r.p.m
f𝑒 =
𝑝
2
f𝑚 → f𝑒 =
𝑝
120
𝑛 → 𝑛 =
120f𝑒
𝑝
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 33
FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN
DEVANADO TRIFÁSICO
Las bobinas A, B y C se alimentan por corriente trifásica
balanceada de secuencia abc, que expresada en función del
tiempo son:
𝑖𝑎 = 𝐼𝑚 sen ω𝑡
𝑖𝑏 = 𝐼𝑚 sen ω𝑡 − 1200
= 𝐼𝑚 sen ω𝑡 −
2
3
𝜋
𝑖𝑐 = 𝐼𝑚 sen ω𝑡 + 1200
= 𝐼𝑚 sen ω𝑡 +
2
3
𝜋
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 34
ROTOR
ESTATOR
ENTREHIERRO
A
A’
B
B’
C
C’
FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN
DEVANADO TRIFÁSICO
La distribución de los devanados sobre el perímetro del inducido
como una función del paso polar (𝝉), viene dada por:
𝑁𝐴 = 𝑁𝑚 sen(
𝜋𝑥
τ
)
𝑁𝐵 = 𝑁𝑚 sen(
𝜋𝑥
τ
−
2𝜋
3
)
𝑁𝐶 = 𝑁𝑚 sen(
𝜋𝑥
τ
+
2𝜋
3
)
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 35
Dónde:
x: longitud sobre el perímetro del
inducido.
𝜏: Paso polar
FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN
DEVANADO TRIFÁSICO
𝓕 = 𝑁𝐼
𝓕𝐴 = 𝑁𝐴 ∗ 𝑖𝑎 = 𝑁𝑚𝐼𝑚 sen(ω𝑡) sen(
𝜋
τ
𝑥)
𝓕𝐵 = 𝑁𝐵 ∗ 𝑖𝑏 = 𝑁𝑚𝐼𝑚sen(ω𝑡 −
2
3
𝜋) sen(
𝜋
τ
𝑥 −
2
3
𝜋)
𝓕𝐶 = 𝑁𝐶 ∗ 𝑖𝑐 = 𝑁𝑚𝐼𝑚sen(ω𝑡 +
2
3
𝜋) sen(
𝜋
τ
𝑥 +
2
3
𝜋)
Sabiendo que 𝑠𝑒𝑛 𝛼 𝑠𝑒𝑛 𝛽 =
1
2
𝑐𝑜𝑠 𝛼 − 𝛽 −
1
2
𝑐𝑜𝑠(𝛼 + 𝛽)
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 36
FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN
DEVANADO TRIFÁSICO
𝓕𝐴 =
1
2
𝑁𝑚𝐼𝑚 cos(ω𝑡 −
𝜋
τ
𝑥) − cos(ω𝑡 +
𝜋
τ
𝑥)
𝓕𝐵 =
1
2
𝑁𝑚𝐼𝑚 cos(ω𝑡 −
𝜋
τ
𝑥) − cos(ω𝑡 +
2
3
𝜋 +
𝜋
τ
𝑥)
𝓕𝑐 =
1
2
𝑁𝑚𝐼𝑚 cos(ω𝑡 −
𝜋
τ
𝑥) − cos(ω𝑡 −
2
3
𝜋 +
𝜋
τ
𝑥)
Una onda viajera en un sentido y la otra en sentido contrario,
dando como respuesta una onda estacionaria en el espacio y
variante en el tiempo.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 37
FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN
DEVANADO TRIFÁSICO
Al interconectarse los tres devanados se tiene una 𝓕
resultante que se:
𝓕𝑅 = 𝓕𝐴 + 𝓕𝐵 + 𝓕𝑐
𝓕𝑅 =
1
2
𝑁𝑚𝐼𝑚 ቂ
ቃ
3 cos(ω𝑡 −
𝜋
τ
𝑥) − ቄ
ቅ
cos(ω𝑡 +
𝜋
τ
𝑥) +
cos(ω𝑡 +
2
3
𝜋 +
𝜋
τ
𝑥) + cos(ω𝑡 −
2
3
𝜋 +
𝜋
τ
𝑥)
𝓕𝑹 =
𝟑
𝟐
𝑵𝒎𝑰𝒎 𝒄𝒐𝒔(𝝎𝒕 −
𝝅
𝝉
𝒙)
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 38
EFECTO DE LOS ARMÓNICOS EN LA
DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO
La onda de flujo no es sinodal completamente. La onda real es
escalonada, que por tener simetría de media onda contiene
armónico impar que influyen en la forma de onda y magnitud
de la tensión inducida. Los armónicos tienen una posición fija
con respecto a la fundamental, por lo tanto, inducen
armónicos de f.e.m. en el devanado de armadura con una
frecuencia “n” veces de la fundamental. De esta manera los
armónicos de la f.e.m. son en el tiempo y los de la f.m.m. del
entrehierro son armónicos en el espacio.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 39
EFECTO DE LOS ARMÓNICOS EN LA
DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO
𝐵(𝑥) = 𝐵1(𝑥) + 𝐵3 𝑥 + ⋯ + 𝐵𝑛(𝑥)
Con 𝐵𝑛(𝑥) = 𝐵𝑛𝑠𝑒𝑛(𝑛𝜋
𝑥
τ
) para n: 1, 3,5,…., n
Para cualquier armónico 𝜑𝑛 = ‫׬‬
𝑥1
𝑥1+𝑏
𝐵𝑛𝑠𝑒𝑛(𝑛𝜋
𝑥
τ
)𝑙 𝑑𝑥
El flujo máximo por polo de cada armónico es:
𝜑𝑚𝑎𝑥
𝑝𝑜𝑙𝑜
(𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑟𝑚𝑜𝑛𝑖𝑐𝑜 ) = 2𝑩𝒏𝑙
𝜏
𝒏𝜋
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 40
EFECTO DE LOS ARMÓNICOS EN LA
DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO
Aplica la ley Faraday y reduciendo:
𝑒 = −
𝑑
𝑑𝑡
𝐵𝑛𝑙
𝜏
𝑛𝜋
cos 𝑛𝜋
𝑥
τ
− cos 𝑛𝜋
𝑥1 + 𝑏
τ
𝑒 = −2𝐵𝑛𝑙ω𝑛𝑟 cos 𝑛𝜋
𝑥1
τ
+ 𝑛𝜋
𝑏
τ
sen 𝑛𝜋
𝑏
2τ
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 41
EFECTO DE LOS ARMÓNICOS EN LA
DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO
Dónde:
𝐾𝑝𝑛 = sen 𝑛
𝜋𝑏
2τ
= sen 𝑛
𝜃𝑒
2
Al considerar N espiras y haciendo las transformaciones
necesarias, se llega a la expresión:
𝐾𝑑𝑛 =
sen 𝑛𝑞
𝛼
2
𝑞 sen 𝑛
𝛼
2
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 42
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Devanados enteros de una capa: considerados también
como devanados de media bobina (solo existe un lado de
bobina por ranura); se usan en los estatores de algunos
motores de inducción y en los pequeños motores con rotores
de tipo bobinado.
Ejemplo: analizar y dibujar el devanado imbricado de un
estator de 24 ranuras, 4 polos, trifásico de paso
diametral en una sola capa.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 43
DEVANADOS POLIFÁSICOS
𝑞 =
𝑄
𝑚𝑝
=
24
3𝑥4
= 2
𝛼 =
180𝑝
𝑄
𝛼 =
180𝑥4
24
= 300
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 44
El ancho de la bobina en grados
eléctricos.
b: # de ranuras por polo
𝑏 =
24
4
= 6
𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠
𝑝𝑜𝑙𝑜
𝜃𝑒 = 𝑏 ∗ 𝛼 = 1800
Paso diametral
DEVANADOS POLIFÁSICOS
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 45
Dibuja las ranuras del estator en forma longitudinal
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Colocar la primera bobina del primer grupo en la primera ranura.
Contar el paso de bobina correspondiente (6), a partir de la
primera ranura y colocar el final de esta bobina en la ranura
calculada, diferenciándola con una barrita en negrilla en la parte
superior.
𝑨𝟏 𝑨𝟏
Colocar las bobinas restante (2) del primer grupo en las ranuras
siguientes después de la primera, al igual que sus respectivos
finales. al terminar queda completa la fase A del primer grupo
de (polos).
𝑨𝟏 𝑨𝟏
𝑩𝟏𝑩𝟏 𝑩𝟏𝑩𝟏
Una vez completa este grupo de fase A, contar 1200
eléctricos
(4*30°) entre su primera bobina y la ranura donde debe ir
alojada la primera bobina de la fase B.
Continuar el desarrollo del devanado siguiente el procedimiento
expuesto.
𝑪𝟏𝑪𝟏 𝑪𝟏𝑪𝟏
𝑨𝟐 𝑨𝟐
𝑨𝟐 𝑨𝟐
𝑩𝟐𝑩𝟐 𝑩𝟐𝑩𝟐
𝑪𝟐𝑪𝟐
𝑪𝟐𝑪𝟐
Una vez desarrollado el estator se puede devanar como
imbricado, ondulado o concéntrico.
DEVANADOS POLIFÁSICOS
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 46
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
N S N S
𝑨𝟏
𝑨𝟏 𝑨𝟏
𝑩𝟏𝑩𝟏 𝑩𝟏𝑩𝟏
𝑪𝟏𝑪𝟏 𝑪𝟏𝑪𝟏
𝑨𝟐 𝑨𝟐
𝑨𝟐 𝑨𝟐
𝑩𝟐𝑩𝟐 𝑩𝟐𝑩𝟐
𝑪𝟐𝑪𝟐
𝑪𝟐𝑪𝟐
𝑨𝟏
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Devanados enteros de dos capas, llamado también de
bobina completa, por tener dos lados de bobina por ranura.
Se utiliza universalmente en casi todas las máquinas de
corriente alterna, especialmente en el devanado del estator.
Presenta como ventaja el hecho de poder utilizar paso
fraccionario (acortado) lo cual no es posible con los
devanados enteros de una sola capa.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 47
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Ejemplo: realizar el mismo devanado de la máquina anterior, pero
ahora de dos capas para:
a. Paso diametral
b. Paso acortado en una ranura.
Hacer los cálculos correspondientes y posteriormente a colocar la
bobina teniendo en cuenta:
El estator está compuesto por dos capas superpuestas (superior e
inferior). Cuando los comienzos se colocan en la capa superior los
finales se colocan en la capa inferior.
Se sigue el mismo procedimiento anterior.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 48
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
A1 A1 𝐂𝟒 𝐂𝟒 B1 B1 𝐀𝟑 𝐀𝟑 C1 C1 𝐁𝟑 𝐁𝟑 A2 A2 𝐂𝟑 𝐂𝟑 B2 B2 𝐀𝟒 𝐀𝟒 C2 C2 𝐁𝟒 𝐁𝟒
A4 A4 𝐂𝟐 𝐂𝟐 B4 B4 𝐀𝟏 𝐀𝟏 C4 C4 𝐁𝟏 𝐁𝟏 A3 A3 𝐂𝟏 𝐂𝟏 B3 B3 𝐀𝟐 𝐀𝟐 C3 C3 𝐁𝟐 𝐁𝟐
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 49
Inicio de Bobina
Fin de Bobina
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
A1 A1 𝐂𝟒 𝐂𝟒 B1 B1 𝐀𝟑 𝐀𝟑 C1 C1 𝐁𝟑 𝐁𝟑 A2 A2 𝐂𝟑 𝐂𝟑 B2 B2 𝐀𝟒 𝐀𝟒 C2 C2 𝐁𝟒 𝐁𝟒
A4𝐂𝟐 𝐂𝟐 B4 B4 𝐀𝟏 𝐀𝟏 C4 C4 𝐁𝟏 𝐁𝟏 A3 A3 𝐂𝟏 𝐂𝟏 B3 B3 𝐀𝟐 𝐀𝟐 C3 C3 𝐁𝟐 𝐁𝟐 A4
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 50
Para cuando el paso es acortado en una ranura, se tiene:
𝑏 = 5 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 → 𝜃𝑒 = 𝑏 ∗∝= 150°
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Devanados fraccionarios, son aquellos en los que el
número de ranuras por polos y por fase, es un fraccionario.
Esta fracción se debe compensar dejando en un polo más
ranuras que en el otro, lo que significa que para distribuir el
devanado en la unidad básica se pueden realizar diferentes
combinaciones de ranuras por fase, seleccionando la que de la
distribución más equilibrada posible.
Este devanado entre otras, tiene las ventajas sobre el entero,
tales como economía de cobre y reducción de los armónicos
en la f.e.m. y de la f.m.m. del entrehierro.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 51
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Para este devanado se tiene que:
𝒒 = 𝑨
𝒂
𝒃
donde “b” representa el número de polos que forma la
unidad básica o fundamental que contiene un número
exacto de ranuras donde van alojadas las tres fases.
Se repite la unidad fundamental las veces que sea
necesaria, hasta completar el número total de polos.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 52
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Se sigue el mismo procedimiento que con el de dos capas,
teniendo en cuenta que:
La fase B empieza 120° delante de la fase A en el primer polo
e invirtiendo la conexión a 300° (120° + 180°) en el segundo
polo, así puede empezar en cualquier polo a 180° del anterior.
Fase B empieza en la ranura:
𝟏𝟖𝟎 𝒑−𝟏 +𝟏𝟐𝟎
𝜶
, debe dar un
número entero.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 53
DEVANADOS POLIFÁSICOS
La fase C empieza a 60° de la A (en el primer polo) o a 240°
(en el segundo polo) y así sucesivamente.
Fase C empieza en la ranura:
𝟏𝟖𝟎 𝒑−𝟏 +𝟔𝟎
𝜶
, debe dar un
número entero.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 54
DEVANADOS POLIFÁSICOS
El factor de distribución en este tipo de devanado, se calcula
en una de las fases y analizando el espaciamiento de cada
uno de los vectores (fasores) de la unidad fundamental.
Si los vectores están igualmente espaciados se utiliza la misma
expresión dada para el factor de distribución, teniendo en cuenta que:
“q” representa ahora el número total de vectores y
“α” es el espaciamiento en grados eléctricos de los vectores.
Si los vectores no se encuentren igualmente espaciados, Kd se calcula a
partir de su definición, es decir la relación entre la sumatoria fasorial y
la sumatoria aritmética de los vectores por fase.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 55
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Ejemplo: analizar y dibujar el devanado de una máquina
trifásica de 264 ranuras, 16 polos con paso de
bobina de 13 ranuras.
𝑞 =
𝑄
𝑚 ∗ 𝑝
=
264
3 ∗ 16
= 5
1
2
𝑟
𝑝𝑥𝑓
Luego la unidad fundamental es 2, y el devanado completo es
8 veces la unidad fundamental.
El número de ranuras por fase en la unidad fundamental es:
51
2
∗ 2 = 11 ⇒ (𝑞 ∗ 𝑏)
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 56
DEVANADOS POLIFÁSICOS
El número de ranuras totales en la unidad fundamental es:
𝑞 ∗ 𝑚 ∗ 𝑏 = 33
El ángulo eléctrico entre ranuras adyacentes es:
∝=
180 ∗ 𝑝
𝑄
=
180 ∗ 16
264
= 10
10
11
Las posibles distribuciones de las 11 ranuras por fase en la
unidad fundamental (2 polos) son:
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 57
Configuración seleccionada
DEVANADOS POLIFÁSICOS
La fase A ocupa la primera ranura y las 4 siguientes, el
comienzo de las fases B y C, son:
Fase B
Polo 1:
120°
∝
=
120°
10
10
11
= 11 al ser un número entero la fase B comienza
en la ranura 12.
Fase C
Polo 1:
60°
∝
=
60
10
10
11
= 5
1
2
, no sirve.
Polo 2:
240°
∝
=
240
10
10
11
= 22 , es decir la fase C comienza en el segundo
polo en la ranura 23.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 58
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Primer Polo Segundo Polo
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 59
Inicio del primer grupo
de bobina en cada fase
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩 ഥ
𝑨 𝑪 ഥ
𝑩
𝟓 𝟔 𝟓 𝟔 𝟓 𝟔
PRIMER POLO
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
A1 A1 A1 A1 A1 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑪𝟐 B1 B1 B1 B1 B1
A2 A2 𝑪𝟏 𝑪𝟏 𝑪𝟏 𝑪𝟏 𝑪𝟏 B2 B2 B2 B2 B2 B2 𝑨𝟏 𝑨𝟏 𝑨𝟏
SEGUNDO POLO
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 C1 C1 C1 C1 C1 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑩𝟐
𝑨𝟏 𝑨𝟏 C2 C2 C2 C2 C2 C2 𝑩𝟏 𝑩𝟏 𝑩𝟏 𝑩𝟏 𝑩𝟏 A2 A2 A2 A2
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Factor de paso: 𝐾𝑝𝑛 = 𝑠𝑒𝑛 (𝑛 ∗
𝜃𝑒
2
)
𝐾𝑝1 = 𝑠𝑒𝑛
13 ∗ 10
10
11
2
= 0.945
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 60
POLO 1 POLO 2
Número de
Ranura
1 2 3 4 5 17 18 19 20 21 22
Ángulo
1 ∗ 𝛼; 17 ∗ 𝛼 − 180 𝜶 = 𝟏𝟎
𝟏𝟎
𝟏𝟏
𝟏𝟎
𝟏𝟎
𝟏𝟏
𝟐𝟏
𝟗
𝟏𝟏
𝟑𝟐
𝟖
𝟏𝟏
𝟒𝟑
𝟕
𝟏𝟏
𝟓𝟒
𝟔
𝟏𝟏
𝟓
𝟓
𝟏𝟏
𝟏𝟔
𝟒
𝟏𝟏
𝟐𝟕
𝟑
𝟏𝟏
𝟑𝟖
𝟐
𝟏𝟏
𝟒𝟗
𝟏
𝟏𝟏
𝟔𝟎°
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Los vectores ordenados quedarían:
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 61
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
𝟏𝟎
𝟏𝟎
𝟏𝟏
𝟐𝟏
𝟗
𝟏𝟏
𝟑𝟐
𝟖
𝟏𝟏
𝟒𝟑
𝟕
𝟏𝟏
𝟓𝟒
𝟔
𝟏𝟏
𝟓
𝟓
𝟏𝟏
𝟏𝟔
𝟒
𝟏𝟏
𝟐𝟕
𝟑
𝟏𝟏
𝟑𝟖
𝟐
𝟏𝟏
𝟒𝟗
𝟏
𝟏𝟏
𝟔𝟎°
Se observa que la diferencia entre los vectores es:𝛽 = 5
5
11
𝐾𝑑𝑛 =
𝑠𝑒𝑛(𝑛 ∗ 𝑣 ∗
𝛽
2
)
𝑣 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝑛 ∗
𝛽
2
)
; 𝐾𝑑1 =
𝑠𝑒𝑛 11 ∗
5
5
11
2
11 ∗ 𝑠𝑒𝑛
5
5
11
2
= 0.95529
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Cuando la distribución en el devanado fraccionario es asimétrico
en la separación de los ángulos de los vectores (fasores) en la
unidad fundamental o básica de la máquina.
Ejemplo: sea una máquina síncrona trifásica de 108 ranuras, 10
polos, analizar el devanado, dando la configuración de
la máquina, ángulo entre vectores, espaciamiento entre
los fasores de cada fase.
𝑞 =
𝑄
𝑚 ∗ 𝑝
=
108
3 ∗ 10
= 3
3
5
𝑟
𝑝𝑥𝑓
Luego la unidad fundamental es 5, y el devanado completo es 2
veces la unidad fundamental.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 62
DEVANADOS POLIFÁSICOS
El número de ranuras por fase en la unidad fundamental es:
33
5
∗ 5 = 18 ⇒ (𝑞 ∗ 𝑏)
El número de ranuras totales en la unidad fundamental es:
𝑞 ∗ 𝑚 ∗ 𝑏 = 54
El ángulo eléctrico entre ranuras adyacentes es:
∝=
180 ∗ 𝑝
𝑄
=
180 ∗ 10
108
= 16
2
3
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 63
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Las posibles distribuciones de las 18 ranuras por fase en la
unidad fundamental (5 polos) son:
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 64
POLOS 1 2 3 4 5
3 4 4 4 3 Primera Opción
4 3 4 3 4 Segunda Opción
La fase A ocupa la primera ranura y las 3 siguientes, el
comienzo de las fases B y C, son:
DEVANADOS POLIFÁSICOS
La fase A ocupa la primera ranura y las 3 siguientes, el
comienzo de las fases B y C, son:
Fase B
Polo 1:
120°
∝
=
120°
16
2
3
= 7
1
5
ranuras descartada
Polo 2:
120°+180°
∝
= 18 ranuras escogida.
Fase C
Polo 1:
60°
∝
= 3
3
5
, no sirve. Polo 2:
240°
∝
= 14
2
5
, no sirve.
Polo 3:
420°
∝
= 25
1
5
, no sirve. Polo 4:
600°
∝
= 36, escogida.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 65
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo Quinto Polo
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 66
Inicio del primer grupo
de bobina en cada fase
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩 ഥ
𝑨 𝑪 ഥ
𝑩
𝟒 𝟒 𝟒 𝟑 𝟑 𝟒
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩 ഥ
𝑨 𝑪 ഥ
𝑩
𝟒 𝟒 𝟑 𝟑 𝟒 𝟒
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩
𝟒 𝟑 𝟑
De esta manera la fase A empieza en la primera ranura, la B en
la ranura 19 y la C en ranura 37.
1 - 4 5 - 8 9 - 12 13 - 15 16 - 18 19 - 22 23 - 26 27 - 30 31 - 33 34 - 36 37 - 40 41 - 44 45 - 48 49 - 51 52 - 54
19 37
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Los vectores (fasores) de la fase A están en las ranuras:
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 67
1 ∗ 𝛼; 13 ∗ 𝛼 − 180 𝜶 = 𝟏𝟔
𝟐
𝟑
Primer Polo Segundo Polo Tercer polo Cuarto Polo Quinto Polo
1 2 3 4 13 14 15 23 24 25 26 34 35 36 45 46 47 48
16
2
3
33
1
3
50 66
2
3
36
2
3
53
1
3
70 23
1
3
40 56
2
3
73
1
3
26
2
3
43
1
3
60 30 46
2
3
63
1
3
80
23 ∗ 𝛼 − 360 34 ∗ 𝛼 − 540 45 ∗ 𝛼 − 720
Se ordenan los vectores:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
𝟏𝟔
𝟐
𝟑
𝟑𝟑
𝟏
𝟑
50 𝟔𝟔
𝟐
𝟑
𝟑𝟔
𝟐
𝟑
𝟓𝟑
𝟏
𝟑
70
𝟐𝟑
𝟏
𝟑
𝟒𝟎 56
𝟐
𝟑
𝟕𝟑
𝟏
𝟑
𝟐𝟔
𝟐
𝟑
𝟒𝟑
𝟏
𝟑
𝟔𝟎
30 𝟒𝟔
𝟐
𝟑
𝟔𝟑
𝟏
𝟑
𝟖𝟎
DEVANADOS POLIFÁSICOS
18 vectores, 16 que están igualmente
espaciados a 3
1
3
y dos que están
separados entre sí (80 - 16
2
3
) es decir
63
1
3
por lo tanto, el factor de
distribución se calcula:
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 68
6
2
3
6
2
3
16
2
3
𝐾𝑑2𝑛 =
𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 2 ∗
63
1
3
2
2 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗
63
1
3
2
; 𝐾𝑑16𝑛 =
𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 16 ∗
3
1
3
2
16 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗
3
1
3
2
𝐾𝑑_𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 =
2𝐾𝑑2𝑛 + 16𝐾𝑑16𝑛
18
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Ejemplo: El estator de un generador síncrono trifásico, de 60 Hz,
10 polos, 96 ranuras, con un paso de bobina de 8 ranuras y con 4
conductores por ranura, tiene un flujo fundamental de 0.5 Wb. Si
la densidad de flujo del 3er, 5to y 7mo armónico son 20, 15 y 10% de
la fundamental respectivamente. Todas las bobinas por fase están
conectadas en serie. Hállese el voltaje por espira, el voltaje de
línea y el flujo total por polo.
𝑞 =
𝑄
𝑚 ∗ 𝑝
=
96
3 ∗ 10
= 3
1
5
𝑟
𝑝𝑥𝑓
Luego la unidad fundamental es 5, y el devanado completo es 2
veces la unidad fundamental.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 69
DEVANADOS POLIFÁSICOS
𝛼 =
180 ∗ 𝑝
𝑄
=
180 ∗ 10
96
= 18
3
4
; 𝜃𝑒 = 8 ∗ 𝛼 = 150°
𝐾𝑝1 = 0.9659; 𝐾𝑝3 = −0.7071; 𝐾𝑝5 = 0.2588; 𝐾𝑝7 = 0.2588
𝑉
𝑒𝑠𝑝 = 4.44𝜑𝑛𝑛𝑓𝑘𝑝𝑛; 𝑉1 = 4.44 ∗ 0.5 ∗ 1 ∗ 60 ∗ 0.9659 ≈ 128.66𝑉
𝜑1 = 2
𝐵1𝑙𝜏
𝜋
; 𝜑𝑛 = 2
𝐵𝑛𝑙𝜏
𝑛𝜋
;
𝜑1
𝜑𝑛
= 𝑛
𝐵1
𝐵𝑛
; 𝜑𝑛 =
1
𝑛
𝐵𝑛
𝐵1
𝜑1
𝜑3 =
1
3
∗
0.2𝐵1
𝐵1
𝜑1; 𝜑3 =
1
3
∗ 0.2 ∗ 0.5 = 0.033
𝑉3 = −18.8373𝑉
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 70
DEVANADOS POLIFÁSICOS
𝜑5 =
1
5
0.15 ∗ 0.5 = 0.015; 𝑉5 = 5.1712𝑉
𝜑7 =
1
7
0.1 ∗ 0.5 = 0.00714; 𝑉7 = 3.4474𝑉
𝑉
𝑒𝑠𝑝 = 𝑉1
2
+ 𝑉3
2
+ 𝑉5
2
+ 𝑉7
2
= 130.181𝑉
𝑉𝐿 = 3𝑉𝑓 = 3𝑉
𝑒𝑠𝑝𝐾𝑑𝑁
𝑁 =
𝑍 ∗ 𝑄
2 ∗ 𝑚 ∗ 𝑟
Z: conductores por ranura; r: ramas en paralelo
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 71
DEVANADOS POLIFÁSICOS
𝑁 =
4 ∗ 96
2 ∗ 3 ∗ 1
= 64
𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠
𝑓𝑎𝑠𝑒
𝑉𝐿1 = 3𝑉1𝐾𝑑1𝑁; 𝑉𝐿3 = 0 (𝑠𝑒 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥𝑖ó𝑛)
𝑉𝐿5 = 3𝑉5𝐾𝑑5𝑁; 𝑉𝐿7 = 3𝑉7𝐾𝑑7𝑁
𝐾𝑑𝑛 =
𝑠𝑒𝑛(𝑛 ∗ 𝑣
𝛽
2
)
𝑣 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝑛
𝛽
2
)
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 72
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Ranuras en la unidad fundamental o básica: 16
La distribución escogida es: 3 3 4 3 3
La fase A ocupa la primera ranura y las 2 siguientes, el comienzo
de las fases B y C, son:
Fase B
Polo 1:
120°
∝
=
120°
18
3
4
=
32
5
ranuras descartada
Polo 2:
120°+180°
∝
= 16 ranuras escogida.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 73
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Fase C
Polo 1:
60°
∝
=
16
5
, no sirve. Polo 2:
240°
∝
=
64
5
, no sirve.
Polo 3:
420°
∝
=
112
5
, no sirve. Polo 4:
600°
∝
= 32, escogida.
De esta manera la fase A empieza en la primera ranura, la B en la ranura 17
y la C en ranura 33.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 74
Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo Quinto Polo
Inicio del primer grupo
de bobina en cada fase
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩 ഥ
𝑨 𝑪 ഥ
𝑩
𝟑 𝟒 𝟑 𝟑 𝟑 𝟑
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩 ഥ
𝑨 𝑪 ഥ
𝑩
𝟒 𝟑 𝟑 𝟑 𝟑 𝟒
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩
𝟑 𝟑 𝟑
1 - 3 4 - 7 8 - 10 11 - 13 14 - 16 17 - 19 20 - 23 24 - 26 27 - 29 30 - 32 33 - 35 36 - 39 40 - 42 43 - 45 46 - 48
17 33
Primer Polo Segundo Polo Tercer polo Cuarto Polo Quinto Polo
1 2 3 11 12 13 20 21 22 23 30 31 32 40 41 42
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Los vectores (fasores) de la fase A están en las ranuras:
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 75
1 ∗ 𝛼; 11 ∗ 𝛼 − 180 𝜶 = 𝟏𝟖
𝟑
𝟒
𝟏𝟖
𝟑
𝟒
𝟑𝟕
𝟏
𝟐
𝟓𝟔
𝟏
𝟒
𝟐𝟔
𝟏
𝟒
𝟒𝟓 𝟔𝟑
𝟑
𝟒
15 𝟑𝟑
𝟑
𝟒
𝟓𝟐
𝟏
𝟐
𝟕𝟏
𝟏
𝟒
𝟐𝟐
𝟏
𝟐
𝟒𝟏
𝟏
𝟒
𝟔𝟎 𝟑𝟎 𝟒𝟖
𝟑
𝟒
67
𝟏
𝟐
20 ∗ 𝛼 − 360 30 ∗ 𝛼 − 540 40 ∗ 𝛼 − 720
Se ordenan los vectores:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
15 𝟏𝟖
𝟑
𝟒
𝟐𝟐
𝟏
𝟐
𝟐𝟔
𝟏
𝟒
𝟑𝟎 𝟓𝟐
𝟏
𝟐
𝟕𝟏
𝟏
𝟒
𝟒𝟏
𝟏
𝟒
𝟔𝟎
𝟒𝟓 𝟔𝟕
𝟏
𝟐
𝟒𝟖
𝟑
𝟒
𝟑𝟕
𝟏
𝟐
𝟔𝟑
𝟑
𝟒
𝟓𝟔
𝟏
𝟒
𝟑𝟑
𝟑
𝟒
16 vectores que están igualmente espaciados a 3
3
4
por lo
tanto, el factor de distribución se calcula:
DEVANADOS POLIFÁSICOS
𝐾𝑑𝑛 =
𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 16 ∗
3
3
4
2
16 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗
3
3
4
2
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 76
Kd1 = 0,9551; Kd3 = 0,6376;
Kd5 = 0,1918; Kd7 = -0,1376
VL1 = 13.621,89; VL3 = 0; VL5 = 109,969; VL7 = -52,919
𝑉𝐿 = 𝑉𝐿1
2
+ 𝑉𝐿3
2
+ 𝑉𝐿5
2
+ 𝑉𝐿7
2
= 13.622,4396𝑉
𝜑𝑇 = 𝜑1 + 𝜑3 + 𝜑5 + 𝜑7
𝜑𝑇 = 𝜑1[1 + 0,2 ∗
1
3
+ 0,15 ∗
1
5
+ 0,1 ∗
1
7
] = 0,557𝑊𝑏
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Ejemplo 2: Un motor trifásico de inducción balanceado conectado
en estrella (Y), que trabaja a 220 voltios, 60 Hz, tiene 4 polos y 27
ranuras. El flujo por polo es de "aproximadamente" un (1)
miliwebber, con una distribución de densidad de flujo, así:
𝑩 𝜽 = 𝑩𝟏𝒔𝒆𝒏𝜽 + 𝟎. 𝟎𝟓𝑩𝟏𝒔𝒆𝒏𝟑𝜽 + 𝟎. 𝟎𝟐𝑩𝟏𝒔𝒆𝒏𝟓𝜽
Si el paso de bobina es de 6 ranuras, calcular el número de espiras
por fase, si todas están conectadas en serie. Justifique si hay
necesidad de aproximar considerando que todas las bobinas son
idénticas.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 77
DEVANADOS POLIFÁSICOS
𝑞 =
𝑄
𝑚 ∗ 𝑝
=
27
3 ∗ 4
= 2
1
4
𝑟
𝑝𝑥𝑓
Luego la unidad fundamental es 4 que corresponde al número
total de polos.
𝛼 =
180 ∗ 𝑝
𝑄
=
180 ∗ 4
27
= 26
2
3
; 𝜃𝑒 = 6 ∗ 𝛼 = 160°
𝐾𝑝1 = 0.9848; 𝐾𝑝3 = −0.866; 𝐾𝑝5 = 0.6427
𝜑1 =
2
𝜋
𝐵1𝐴; 𝜑3 =
2
3𝜋
𝐵3𝐴; 𝜑5 =
2
5𝜋
𝐵5𝐴
𝜑𝑇 = 𝜑1 + 𝜑3 + 𝜑5
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 78
DEVANADOS POLIFÁSICOS
𝜑𝑇 =
2
𝜋
𝐵1𝐴 1 +
0.05
3
+
0.02
5
≈ 1 𝑚𝑊𝑏
𝜑1 ≈ 0.979751 𝑚𝑊𝑏
𝑉1 = 4.44𝑁𝜑1𝑓𝑘𝑤1
Hay 9 ranuras por fase en 4 polos, la distribución es: 2 2 2 3
La fase A ocupa la primera ranura y la siguiente, el comienzo de las
fases B y C, son:
Fase B
Polo 1:
120°
∝
=
120°
26
2
3
=
9
2
ranuras descartada
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 79
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Polo 2:
120°+180°
∝
=
45
4
ranuras descartada
Polo 3:
120°+360°
∝
= 18ranuras escogida.
Fase C
Polo 1:
60°
∝
=
9
4
, no sirve. Polo 2:
240°
∝
= 9, escogida.
De esta manera la fase A empieza en la primera ranura, la B en la ranura 19
y la C en ranura 10.
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 80
Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩 ഥ
𝑨 𝑪 ഥ
𝑩
𝟐 𝟑 𝟐 𝟐 𝟐 𝟑
𝑨 ഥ
𝑪 𝑩 ഥ
𝑨 𝑪 ഥ
𝑩
𝟐 𝟐 𝟐 𝟑 𝟐 𝟐
1 - 2 3 - 5 6 - 7 8 - 9 10 - 11 12 - 14 15 - 16 17 - 18 19 - 20 21 - 23 24 - 25 26 - 27
Primer Polo Segundo Polo Tercer polo Cuarto Polo
1 2 8 9 15 16 21 22 23
DEVANADOS POLIFÁSICOS
Los vectores (fasores) de la fase A están en las ranuras:
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 81
1 ∗ 𝛼; 8 ∗ 𝛼 − 180 𝜶 = 𝟐𝟔
𝟐
𝟑
𝟐𝟔
𝟐
𝟑
𝟓𝟑
𝟏
𝟑
𝟑𝟑
𝟏
𝟑
𝟔𝟎 40 𝟔𝟔
𝟐
𝟑
𝟐𝟎 𝟒𝟔
𝟐
𝟑
𝟕𝟑
𝟏
𝟑
15 ∗ 𝛼 − 360 21 ∗ 𝛼 − 540
Se ordenan los vectores:
1 2 3 4 5 6 7 8 9
𝟐𝟎 𝟐𝟔
𝟐
𝟑
𝟑𝟑
𝟏
𝟑
𝟒𝟎 𝟒𝟔
𝟐
𝟑
𝟔𝟔
𝟐
𝟑
𝟕𝟑
𝟏
𝟑
𝟔𝟎
𝟓𝟑
𝟏
𝟑
9 vectores que están igualmente espaciados a 6
2
3
por lo tanto,
el factor de distribución se calcula:
DEVANADOS POLIFÁSICOS
𝐾𝑑𝑛 =
𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 9 ∗
6
2
3
2
9 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗
6
2
3
2
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 82
Kd1 = 0,9554; Kd3 = 0,6398;
Kd5 = 0,1937
kw1 = 0,9409; kw3 = -0.55413; kw5 = 1.0245
𝑉𝐿 = 3 𝑉𝐹1
2
+ 𝑉𝐹5
2
= 220𝑉
𝑉𝐹1 = 4.44 ∗ 60 ∗ 0.979751 ∗ 10−3
∗ 0.9409𝑁
𝑉𝐹1 = 0.24559𝑁
DEVANADOS POLIFÁSICOS
25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 83
𝑉𝐹5 = 4.44 ∗ 5 ∗ 60 ∗ 0.979751 ∗ 10−3
∗ 0.1245𝑁
𝑉𝐹5 = 0.00324𝑁
220
3
2
= 0.24559𝑁 2
+ 0.00324𝑁 2
N = 517.137 vueltas o espiras
El número de espiras debe ser entero y múltiplo de 9 (9
ranuras/fase)
N = 522 que es divisible por 9

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3-Devanados.pdf

  • 2. GENERALIDADES Los devanados son los elementos que se encargan específicamente de la conversión de la energía electromagnética en eléctrica (Generador) o mecánica (Motor); normalmente se fabrican de cobre y se aíslan adecuadamente antes de su inserción en las ranuras. Los conductores que se encuentran alojados en la parte superior de la ranura, tiene menor autoinducción que los del fondo y, en consecuencia, se presenta el efecto pelicular (piel). Cuando la tensión es elevada suele presentarse efecto corona en los vacíos existente entre los conductores y los núcleos de la chapa. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 2
  • 3. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 3 cuña capa de semiconductor cinta de asbesto cinta de mica aislamiento de los conductores conductores espaciadores GENERALIDADES
  • 4. GENERALIDADES En relación a la ventilación de las máquinas, cuando se trata de una de polos salientes, su baja velocidad hace posible que la circulación del aire producida por la estructura misma del rotor efectué una refrigeración natural. Lo contrario ocurre en las máquinas de polos lisos que tiene entrehierros pequeños, conductores de longitud considerable, superficies lisas, rotor macizo y alta velocidad, haciendo necesaria la ventilación forzada por medio de hidrogeno a una presión inferior a la del aire para evitar explosiones a través conductos axiales ubicados. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 4
  • 5. RANURAS Para los alternadores se pueden usar ranuras tipo abierta o semicerrada, siendo las primeras las más empleadas puesto que favorece la construcción y el aislamiento de las bobinas antes de su inserción. Las segundas, son comunes en motores de inducción y requieren que el devanado se fabrique colocando los conductores uno a uno en la ranura. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 5 Ranura abierta Ranura semicerrada
  • 6. TIPOS DE DEVANADOS • De acuerdo al número de fases ✓ Monofásicos. ✓ Polifásicos. • Según la forma del arrollamiento ✓ Distribuidos ✓ Concentrados 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 6
  • 7. TIPOS DE DEVANADOS Ventajas de los devanados distribuidos: ❖ Reducción de la magnitud de los armónicos ❖ Mejora en la forma senoidal de la onda ❖ Eliminación de algunos armónicos conjuntamente con el factor de paso ❖ Permite una mayor densidad de corriente en los devanados ❖ Facilita unja mejor refrigeración 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 7
  • 8. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 8 Imbricado Concéntrico Ondulado
  • 9. TIPOS DE DEVANADOS • Según su número de ranuras por polo y por fase ✓ Enteros ✓ Fraccionarios. • De acuerdo al paso polar ✓ Paso Diametral ✓ Paso Acortado 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 9
  • 10. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL Consideremos la densidad de campo puramente sinodal distribuida a lo largo del perímetro del inducido que atraviesa una espira con ancho de bobina (b) y longitud (l) axial del estator. Definiendo el paso polar en función del perímetro del inducido y del número de polos, se procede a obtener una expresión para la f.e.m. inducida en esta espira. 𝑩 𝒙 = 𝑩𝒎𝒔𝒆𝒏(𝝅 𝒙 𝝉 ) 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 10
  • 11. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 11 B(x) x Bm b τ x1 x1+b l
  • 12. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL El flujo en el entrehierro dado por dx es: 𝜑 = ‫׬‬ 𝐵. 𝑑𝐴 ; 𝑑𝐴 = 𝑙𝑑𝑥 𝜑(𝑥) = ‫׬‬ 𝑥1 𝑥1+𝑏 𝐵𝑚𝑠𝑒𝑛 𝜋 𝑥 𝜏 . 𝑙𝑑𝑥 = ቚ −𝐵𝑚𝑙 𝜏 𝜋 𝑐𝑜𝑠(𝜋 𝑥 𝜏 ) 𝑥1 + 𝑏 𝑥1 𝜑 𝑥 = 𝐵𝑚𝑙 𝜏 𝜋 cos(𝜋 𝑥1 𝜏 ) − cos( 𝜋 𝜏 (𝑥1 + 𝑏)) Si el ancho de la bobina es igual al paso polar, b = τ 𝜑 ൗ 𝑚𝑎𝑥 𝑝𝑜𝑙𝑜 = 2 𝐵𝑚𝑙𝜏 𝜋 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 12
  • 13. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL Aplicando la ley de Faraday, 𝑒 = − 𝑑𝜑 𝑑𝑡 , se obtiene: 𝑒 = − 𝑑 𝑑𝑡 𝐵𝑚𝑙 𝜏 𝜋 cos(𝜋 𝑥1 𝜏 ) − cos 𝜋 𝜏 (𝑥1 + 𝑏) Sabiendo que “b” es constante y que X1, es una posición que es función del tiempo 𝑒 = 𝐵𝑚𝑙 𝜏 𝜋 𝜋 𝜏 sen( 𝜋𝑥1 𝜏 ) 𝑑𝑥1 𝑑𝑡 − 𝜋 𝜏 sen 𝜋 𝜏 (𝑥1 + 𝑏) 𝑑𝑥1 𝑑𝑡 𝑒 = 𝐵𝑚𝑙 sen( 𝜋𝑥1 𝜏 ) − sen 𝜋 𝜏 (𝑥1 + 𝑏) 𝑑𝑥1 𝑑𝑡 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 13
  • 14. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL Velocidad Tangencial del rotor: 𝑑𝑥1 𝑑𝑡 = 𝑣 = 𝜔𝑚𝑟 ωm: Velocidad angular del rotor. r: radio del rotor. 𝑒 = 𝐵𝑚𝑙𝜔𝑚𝑟 sen( 𝜋𝑥1 𝜏 ) − sen 𝜋 𝜏 (𝑥1 + 𝑏) Esta expresión muestra la f.e.m. inducida en la espira con flujo sinodal que tiene la misma forma de la densidad de flujo que la produjo, pero atrasada 90°. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 14
  • 15. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL 𝜋𝑥1 𝜏 = 𝜋𝑥1 𝜏 + 𝜋𝑏 2𝜏 − 𝜋𝑏 2𝜏 𝛼 = 𝜋𝑥1 𝜏 + 𝜋𝑏 2𝜏 ; 𝛽 = 𝜋𝑏 2𝜏 𝑠𝑒𝑛 𝛼 − 𝛽 − 𝑠𝑒𝑛 𝛼 + 𝛽 = 2𝑠𝑒𝑛𝛽𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑒 = 2𝐵𝑚𝑙𝜔𝑚𝑟𝑐𝑜𝑠 𝜋𝑥1 𝜏 + 𝜋𝑏 2𝜏 𝑠𝑒𝑛 𝜋𝑏 2𝜏 El termino 𝒔𝒆𝒏 𝝅𝒃 𝟐𝝉 , se define como factor de paso (Kp) 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 15
  • 16. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL 𝑒 = 2𝐵𝑚𝑙𝜔𝑚𝑟𝐾𝑝𝑐𝑜𝑠 𝜋 𝜏 𝑥1 + 𝑏 2 La magnitud de la f.e.m. inducida en una espira es: 𝑒𝑚𝑎𝑥 = 2𝐵𝑚𝑙𝜔𝑚𝑟𝐾𝑝 𝜽𝒆 = 𝒑 𝟐 𝜽𝒎 e = grados eléctricos m = grados mecánicos 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 16
  • 17. GRADOS ELÉCTRICOS Vs GRADOS MECÁNICOS 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 17c N S 180° e N N S S e = 2m N S e = 3m 𝜽𝒆 = 𝒑 𝟐 𝜽𝒎 e = m
  • 18. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL dθ𝑒 𝑑𝑡 = 𝑝 2 dθ𝑚 𝑑𝑡 → ω𝑒 = 𝑝 2 ω𝑚 𝜔𝑚 = 2𝜋𝑓 ൗ 𝑝 2 p: es el número de polos 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 18 2𝜋𝑟 = 𝜏𝑝 𝑒𝑚𝑎𝑥 = 2𝐵𝑚𝑙 2𝜋𝑓 ൗ 𝑝 2 𝜏𝑝 2𝜋 𝐾𝑝 = 4𝐵𝑚𝑙𝜏𝑓𝐾𝑝 r x N S τ
  • 19. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA ESPIRA CON FLUJO SENOIDAL 𝐵𝑚𝑙𝜏 = 𝜋 2 𝜑𝑚𝑎𝑥 𝑒𝑚𝑎𝑥 = 4 𝜋 2 𝜑𝑚𝑎𝑥𝑓𝐾𝑝 𝑒𝑟𝑚𝑠 = 2𝜋 2 𝜑𝑚𝑎𝑥𝑓𝐾𝑝 𝑉/𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 𝑒𝑟𝑚𝑠 = 4.44𝜑𝑚𝑎𝑥𝑓𝐾𝑝 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 19
  • 20. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA BOBINA CON FLUJO SENOIDAL Si se considera N espiras aparece otro término llamado factor de distribución (Kd), el cual da cuenta de la forma como esta distribuidas las espiras a lo largo del estator. Es usual considerar el producto del factor de paso (Kp) y el factor de distribución (Kd) como el factor de devanado (Kw). Por lo tanto, el voltaje inducido en una bobina de N espiras es 𝑬𝒓𝒎𝒔 = 𝟒. 𝟒𝟒𝑵𝝋𝒎𝒂𝒙𝒇𝑲𝒘 ൗ 𝑽 𝒇𝒂𝒔𝒆 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 20
  • 21. FACTOR DE PASO Es la relación entre el flujo entrelazado por una bobina al flujo total por polo. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 21 τ X1 X1+ b B(x) x Bm Si la espira con un ancho igual a “b”, se tiene entonces: 𝐾𝑝 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑠𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒𝑎𝑑𝑎 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐾𝑝 = ‫׬‬ 𝑥1 𝑥1+𝑏 𝐵𝑚𝑠𝑒𝑛 𝜋 𝑥 𝜏 .𝑙𝑑𝑥 ‫׬‬ 0 𝜏 𝐵𝑚𝑠𝑒𝑛 𝜋 𝑥 𝜏 .𝑙𝑑𝑥 = 𝑠𝑒𝑛 𝜋𝑏 2𝜏
  • 22. FACTOR DE PASO 𝜃𝑒 = Ancho de la bobina expresado en grados eléctricos 𝜃𝑒 = 𝜋 𝜏 𝑏; 𝑲𝒑 = 𝒔𝒆𝒏 𝜽𝒆 𝟐 𝜃𝑒 = 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑒𝑛 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 ∗ 𝛼 Donde 𝜶 es el Angulo entre dos ranuras adyacentes 𝛼 = 180 𝑝 𝑄 Q: # total de ranuras. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 22
  • 23. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN Dado que todas las espiras no pueden alojarse en la misma ranura la f.e.m. no es la suma aritmética de las f.e.m. de cada espira, por ello es necesario utilizar un factor que compense la suma fasorial de las f.e.m. de las espiras de una bobina de la suma aritmética de las mismas. Adicionalmente al distribuir las espiras se consigue utilizar la periferia interior competa del hierro del estator. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 23
  • 24. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN 𝐾𝑑 = σ 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑓. 𝑒. 𝑚. 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑎𝑠𝑒 σ 𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑓. 𝑒. 𝑚. 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝛽 = 𝑞𝛼 𝛽: Ángulo que cubre las ranuras de una fase 𝑞: Número de ranuras que ocupa cada fase por polo 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 24
  • 25. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 25 Eb Eb Eb Eb Eb Eb Eb α  α  Eb Eb Eb
  • 26. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN 𝑠𝑒𝑛 𝛽 2 = 𝐸𝑅/2 𝑅 → 𝐸𝑅 = 2𝑅𝑠𝑒𝑛 𝛽 2 𝐸𝑅 = 2𝑅𝑠𝑒𝑛 𝑞𝛼 2 Pero 𝑠𝑒𝑛 𝛼 2 = 𝐸𝑏/2 𝑅 por lo tanto 𝐸𝑏 = 2𝑅𝑠𝑒𝑛 𝛼 2 𝐾𝑑 = 𝐸𝑅 𝑞𝐸𝑏 = 2𝑅𝑠𝑒𝑛 𝑞 𝛼 2 2𝑅𝑞𝑠𝑒𝑛 𝛼 2 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 26 Eb Eb Eb
  • 27. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN 𝑲𝒅 = 𝒔𝒆𝒏 𝒒 𝜶 𝟐 𝒒𝒔𝒆𝒏 𝜶 𝟐 𝑞 = 𝑅𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠 ∗ 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑞 = 𝑄 𝑝 ∗ 𝑛 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑛: # 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑒𝑠 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 27
  • 28. FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN UN DEVANADO (F.M.M., 𝓕) Consideremos una espira del rotor alimentada con corriente continua. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 28 I Estator Rotor Espira de cobre 𝑩 Al circular una corriente por un conductor se crea un campo magnético 𝑩 que entrelaza las espiras del estator y el rotor. Debe considerarse la permeabilidad magnética del hierro y el entrehierro diferentes.
  • 29. FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN UN DEVANADO (F.M.M., 𝓕) Al crearse una trayectoria cerrada entre el estator y el rotor de la máquina, la F.M.M será: 𝓕 = 𝐍𝐈 = ∮ 𝐇. 𝐝𝐥 Al existir entrehierros diferentes y al crearse una trayectoria cerrada entre el estator y el rotor de la máquina, la F.M.M será: ℱ = NI = ∮ H. dl 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 29
  • 30. FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN UN DEVANADO (F.M.M., 𝓕) La trayectoria cerrada entre el estator y el rotor de la máquina, crea una F.M.M (𝓕) así: 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 30 Si son N bobinas, la 𝓕 resultante es la suma de todas las figuras magneto-motrices individuales por bobina.
  • 31. FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN UN DEVANADO (F.M.M., 𝓕) 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 31 𝓕𝟏 𝓕𝟐 | | | | | | 𝓕𝟑 𝓕𝑹 𝓕𝑹 Primera Vuelta Segunda Vuelta Estator Rotor Por consideración de simetría no existen armónicos pares y solo máquinas muy especiales contienen armónicos pares. ℱ θ = −ℱ(−θ)
  • 32. FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN DEVANADO TRIFÁSICO La figura muestra una máquina trifásica elemental de dos polos. El arrollamiento consta de tres bobinas de paso diametral, desplazada entre sí en el espacio 1200 eléctricos (que corresponden a 1200 mecánicos). 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 32 ROTOR ESTATOR ENTREHIERRO A A’ B B’ C C’
  • 33. FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN DEVANADO TRIFÁSICO 𝑑𝜃𝑒 𝑑𝑡 = 𝑝 2 𝑑𝜃𝑚 𝑑𝑡 → 𝜔𝑒 = 𝑝 2 𝜔𝑚 ω𝑚= frecuencia angular mecánica del rotor ω𝑒= frecuencia angular de las ondas eléctricas ω = 2𝜋𝑓 → f𝑚 = 𝑛 60 n: velocidad del rotor en r.p.m f𝑒 = 𝑝 2 f𝑚 → f𝑒 = 𝑝 120 𝑛 → 𝑛 = 120f𝑒 𝑝 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 33
  • 34. FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN DEVANADO TRIFÁSICO Las bobinas A, B y C se alimentan por corriente trifásica balanceada de secuencia abc, que expresada en función del tiempo son: 𝑖𝑎 = 𝐼𝑚 sen ω𝑡 𝑖𝑏 = 𝐼𝑚 sen ω𝑡 − 1200 = 𝐼𝑚 sen ω𝑡 − 2 3 𝜋 𝑖𝑐 = 𝐼𝑚 sen ω𝑡 + 1200 = 𝐼𝑚 sen ω𝑡 + 2 3 𝜋 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 34 ROTOR ESTATOR ENTREHIERRO A A’ B B’ C C’
  • 35. FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN DEVANADO TRIFÁSICO La distribución de los devanados sobre el perímetro del inducido como una función del paso polar (𝝉), viene dada por: 𝑁𝐴 = 𝑁𝑚 sen( 𝜋𝑥 τ ) 𝑁𝐵 = 𝑁𝑚 sen( 𝜋𝑥 τ − 2𝜋 3 ) 𝑁𝐶 = 𝑁𝑚 sen( 𝜋𝑥 τ + 2𝜋 3 ) 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 35 Dónde: x: longitud sobre el perímetro del inducido. 𝜏: Paso polar
  • 36. FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN DEVANADO TRIFÁSICO 𝓕 = 𝑁𝐼 𝓕𝐴 = 𝑁𝐴 ∗ 𝑖𝑎 = 𝑁𝑚𝐼𝑚 sen(ω𝑡) sen( 𝜋 τ 𝑥) 𝓕𝐵 = 𝑁𝐵 ∗ 𝑖𝑏 = 𝑁𝑚𝐼𝑚sen(ω𝑡 − 2 3 𝜋) sen( 𝜋 τ 𝑥 − 2 3 𝜋) 𝓕𝐶 = 𝑁𝐶 ∗ 𝑖𝑐 = 𝑁𝑚𝐼𝑚sen(ω𝑡 + 2 3 𝜋) sen( 𝜋 τ 𝑥 + 2 3 𝜋) Sabiendo que 𝑠𝑒𝑛 𝛼 𝑠𝑒𝑛 𝛽 = 1 2 𝑐𝑜𝑠 𝛼 − 𝛽 − 1 2 𝑐𝑜𝑠(𝛼 + 𝛽) 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 36
  • 37. FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN DEVANADO TRIFÁSICO 𝓕𝐴 = 1 2 𝑁𝑚𝐼𝑚 cos(ω𝑡 − 𝜋 τ 𝑥) − cos(ω𝑡 + 𝜋 τ 𝑥) 𝓕𝐵 = 1 2 𝑁𝑚𝐼𝑚 cos(ω𝑡 − 𝜋 τ 𝑥) − cos(ω𝑡 + 2 3 𝜋 + 𝜋 τ 𝑥) 𝓕𝑐 = 1 2 𝑁𝑚𝐼𝑚 cos(ω𝑡 − 𝜋 τ 𝑥) − cos(ω𝑡 − 2 3 𝜋 + 𝜋 τ 𝑥) Una onda viajera en un sentido y la otra en sentido contrario, dando como respuesta una onda estacionaria en el espacio y variante en el tiempo. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 37
  • 38. FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE UN DEVANADO TRIFÁSICO Al interconectarse los tres devanados se tiene una 𝓕 resultante que se: 𝓕𝑅 = 𝓕𝐴 + 𝓕𝐵 + 𝓕𝑐 𝓕𝑅 = 1 2 𝑁𝑚𝐼𝑚 ቂ ቃ 3 cos(ω𝑡 − 𝜋 τ 𝑥) − ቄ ቅ cos(ω𝑡 + 𝜋 τ 𝑥) + cos(ω𝑡 + 2 3 𝜋 + 𝜋 τ 𝑥) + cos(ω𝑡 − 2 3 𝜋 + 𝜋 τ 𝑥) 𝓕𝑹 = 𝟑 𝟐 𝑵𝒎𝑰𝒎 𝒄𝒐𝒔(𝝎𝒕 − 𝝅 𝝉 𝒙) 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 38
  • 39. EFECTO DE LOS ARMÓNICOS EN LA DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO La onda de flujo no es sinodal completamente. La onda real es escalonada, que por tener simetría de media onda contiene armónico impar que influyen en la forma de onda y magnitud de la tensión inducida. Los armónicos tienen una posición fija con respecto a la fundamental, por lo tanto, inducen armónicos de f.e.m. en el devanado de armadura con una frecuencia “n” veces de la fundamental. De esta manera los armónicos de la f.e.m. son en el tiempo y los de la f.m.m. del entrehierro son armónicos en el espacio. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 39
  • 40. EFECTO DE LOS ARMÓNICOS EN LA DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO 𝐵(𝑥) = 𝐵1(𝑥) + 𝐵3 𝑥 + ⋯ + 𝐵𝑛(𝑥) Con 𝐵𝑛(𝑥) = 𝐵𝑛𝑠𝑒𝑛(𝑛𝜋 𝑥 τ ) para n: 1, 3,5,…., n Para cualquier armónico 𝜑𝑛 = ‫׬‬ 𝑥1 𝑥1+𝑏 𝐵𝑛𝑠𝑒𝑛(𝑛𝜋 𝑥 τ )𝑙 𝑑𝑥 El flujo máximo por polo de cada armónico es: 𝜑𝑚𝑎𝑥 𝑝𝑜𝑙𝑜 (𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑟𝑚𝑜𝑛𝑖𝑐𝑜 ) = 2𝑩𝒏𝑙 𝜏 𝒏𝜋 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 40
  • 41. EFECTO DE LOS ARMÓNICOS EN LA DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO Aplica la ley Faraday y reduciendo: 𝑒 = − 𝑑 𝑑𝑡 𝐵𝑛𝑙 𝜏 𝑛𝜋 cos 𝑛𝜋 𝑥 τ − cos 𝑛𝜋 𝑥1 + 𝑏 τ 𝑒 = −2𝐵𝑛𝑙ω𝑛𝑟 cos 𝑛𝜋 𝑥1 τ + 𝑛𝜋 𝑏 τ sen 𝑛𝜋 𝑏 2τ 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 41
  • 42. EFECTO DE LOS ARMÓNICOS EN LA DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO Dónde: 𝐾𝑝𝑛 = sen 𝑛 𝜋𝑏 2τ = sen 𝑛 𝜃𝑒 2 Al considerar N espiras y haciendo las transformaciones necesarias, se llega a la expresión: 𝐾𝑑𝑛 = sen 𝑛𝑞 𝛼 2 𝑞 sen 𝑛 𝛼 2 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 42
  • 43. DEVANADOS POLIFÁSICOS Devanados enteros de una capa: considerados también como devanados de media bobina (solo existe un lado de bobina por ranura); se usan en los estatores de algunos motores de inducción y en los pequeños motores con rotores de tipo bobinado. Ejemplo: analizar y dibujar el devanado imbricado de un estator de 24 ranuras, 4 polos, trifásico de paso diametral en una sola capa. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 43
  • 44. DEVANADOS POLIFÁSICOS 𝑞 = 𝑄 𝑚𝑝 = 24 3𝑥4 = 2 𝛼 = 180𝑝 𝑄 𝛼 = 180𝑥4 24 = 300 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 44 El ancho de la bobina en grados eléctricos. b: # de ranuras por polo 𝑏 = 24 4 = 6 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑙𝑜 𝜃𝑒 = 𝑏 ∗ 𝛼 = 1800 Paso diametral
  • 45. DEVANADOS POLIFÁSICOS 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 45 Dibuja las ranuras del estator en forma longitudinal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Colocar la primera bobina del primer grupo en la primera ranura. Contar el paso de bobina correspondiente (6), a partir de la primera ranura y colocar el final de esta bobina en la ranura calculada, diferenciándola con una barrita en negrilla en la parte superior. 𝑨𝟏 𝑨𝟏 Colocar las bobinas restante (2) del primer grupo en las ranuras siguientes después de la primera, al igual que sus respectivos finales. al terminar queda completa la fase A del primer grupo de (polos). 𝑨𝟏 𝑨𝟏 𝑩𝟏𝑩𝟏 𝑩𝟏𝑩𝟏 Una vez completa este grupo de fase A, contar 1200 eléctricos (4*30°) entre su primera bobina y la ranura donde debe ir alojada la primera bobina de la fase B. Continuar el desarrollo del devanado siguiente el procedimiento expuesto. 𝑪𝟏𝑪𝟏 𝑪𝟏𝑪𝟏 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑩𝟐𝑩𝟐 𝑩𝟐𝑩𝟐 𝑪𝟐𝑪𝟐 𝑪𝟐𝑪𝟐 Una vez desarrollado el estator se puede devanar como imbricado, ondulado o concéntrico.
  • 46. DEVANADOS POLIFÁSICOS 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 46 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 N S N S 𝑨𝟏 𝑨𝟏 𝑨𝟏 𝑩𝟏𝑩𝟏 𝑩𝟏𝑩𝟏 𝑪𝟏𝑪𝟏 𝑪𝟏𝑪𝟏 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑩𝟐𝑩𝟐 𝑩𝟐𝑩𝟐 𝑪𝟐𝑪𝟐 𝑪𝟐𝑪𝟐 𝑨𝟏
  • 47. DEVANADOS POLIFÁSICOS Devanados enteros de dos capas, llamado también de bobina completa, por tener dos lados de bobina por ranura. Se utiliza universalmente en casi todas las máquinas de corriente alterna, especialmente en el devanado del estator. Presenta como ventaja el hecho de poder utilizar paso fraccionario (acortado) lo cual no es posible con los devanados enteros de una sola capa. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 47
  • 48. DEVANADOS POLIFÁSICOS Ejemplo: realizar el mismo devanado de la máquina anterior, pero ahora de dos capas para: a. Paso diametral b. Paso acortado en una ranura. Hacer los cálculos correspondientes y posteriormente a colocar la bobina teniendo en cuenta: El estator está compuesto por dos capas superpuestas (superior e inferior). Cuando los comienzos se colocan en la capa superior los finales se colocan en la capa inferior. Se sigue el mismo procedimiento anterior. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 48
  • 49. DEVANADOS POLIFÁSICOS Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A1 A1 𝐂𝟒 𝐂𝟒 B1 B1 𝐀𝟑 𝐀𝟑 C1 C1 𝐁𝟑 𝐁𝟑 A2 A2 𝐂𝟑 𝐂𝟑 B2 B2 𝐀𝟒 𝐀𝟒 C2 C2 𝐁𝟒 𝐁𝟒 A4 A4 𝐂𝟐 𝐂𝟐 B4 B4 𝐀𝟏 𝐀𝟏 C4 C4 𝐁𝟏 𝐁𝟏 A3 A3 𝐂𝟏 𝐂𝟏 B3 B3 𝐀𝟐 𝐀𝟐 C3 C3 𝐁𝟐 𝐁𝟐 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 49 Inicio de Bobina Fin de Bobina
  • 50. DEVANADOS POLIFÁSICOS Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A1 A1 𝐂𝟒 𝐂𝟒 B1 B1 𝐀𝟑 𝐀𝟑 C1 C1 𝐁𝟑 𝐁𝟑 A2 A2 𝐂𝟑 𝐂𝟑 B2 B2 𝐀𝟒 𝐀𝟒 C2 C2 𝐁𝟒 𝐁𝟒 A4𝐂𝟐 𝐂𝟐 B4 B4 𝐀𝟏 𝐀𝟏 C4 C4 𝐁𝟏 𝐁𝟏 A3 A3 𝐂𝟏 𝐂𝟏 B3 B3 𝐀𝟐 𝐀𝟐 C3 C3 𝐁𝟐 𝐁𝟐 A4 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 50 Para cuando el paso es acortado en una ranura, se tiene: 𝑏 = 5 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎𝑠 → 𝜃𝑒 = 𝑏 ∗∝= 150°
  • 51. DEVANADOS POLIFÁSICOS Devanados fraccionarios, son aquellos en los que el número de ranuras por polos y por fase, es un fraccionario. Esta fracción se debe compensar dejando en un polo más ranuras que en el otro, lo que significa que para distribuir el devanado en la unidad básica se pueden realizar diferentes combinaciones de ranuras por fase, seleccionando la que de la distribución más equilibrada posible. Este devanado entre otras, tiene las ventajas sobre el entero, tales como economía de cobre y reducción de los armónicos en la f.e.m. y de la f.m.m. del entrehierro. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 51
  • 52. DEVANADOS POLIFÁSICOS Para este devanado se tiene que: 𝒒 = 𝑨 𝒂 𝒃 donde “b” representa el número de polos que forma la unidad básica o fundamental que contiene un número exacto de ranuras donde van alojadas las tres fases. Se repite la unidad fundamental las veces que sea necesaria, hasta completar el número total de polos. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 52
  • 53. DEVANADOS POLIFÁSICOS Se sigue el mismo procedimiento que con el de dos capas, teniendo en cuenta que: La fase B empieza 120° delante de la fase A en el primer polo e invirtiendo la conexión a 300° (120° + 180°) en el segundo polo, así puede empezar en cualquier polo a 180° del anterior. Fase B empieza en la ranura: 𝟏𝟖𝟎 𝒑−𝟏 +𝟏𝟐𝟎 𝜶 , debe dar un número entero. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 53
  • 54. DEVANADOS POLIFÁSICOS La fase C empieza a 60° de la A (en el primer polo) o a 240° (en el segundo polo) y así sucesivamente. Fase C empieza en la ranura: 𝟏𝟖𝟎 𝒑−𝟏 +𝟔𝟎 𝜶 , debe dar un número entero. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 54
  • 55. DEVANADOS POLIFÁSICOS El factor de distribución en este tipo de devanado, se calcula en una de las fases y analizando el espaciamiento de cada uno de los vectores (fasores) de la unidad fundamental. Si los vectores están igualmente espaciados se utiliza la misma expresión dada para el factor de distribución, teniendo en cuenta que: “q” representa ahora el número total de vectores y “α” es el espaciamiento en grados eléctricos de los vectores. Si los vectores no se encuentren igualmente espaciados, Kd se calcula a partir de su definición, es decir la relación entre la sumatoria fasorial y la sumatoria aritmética de los vectores por fase. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 55
  • 56. DEVANADOS POLIFÁSICOS Ejemplo: analizar y dibujar el devanado de una máquina trifásica de 264 ranuras, 16 polos con paso de bobina de 13 ranuras. 𝑞 = 𝑄 𝑚 ∗ 𝑝 = 264 3 ∗ 16 = 5 1 2 𝑟 𝑝𝑥𝑓 Luego la unidad fundamental es 2, y el devanado completo es 8 veces la unidad fundamental. El número de ranuras por fase en la unidad fundamental es: 51 2 ∗ 2 = 11 ⇒ (𝑞 ∗ 𝑏) 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 56
  • 57. DEVANADOS POLIFÁSICOS El número de ranuras totales en la unidad fundamental es: 𝑞 ∗ 𝑚 ∗ 𝑏 = 33 El ángulo eléctrico entre ranuras adyacentes es: ∝= 180 ∗ 𝑝 𝑄 = 180 ∗ 16 264 = 10 10 11 Las posibles distribuciones de las 11 ranuras por fase en la unidad fundamental (2 polos) son: 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 57 Configuración seleccionada
  • 58. DEVANADOS POLIFÁSICOS La fase A ocupa la primera ranura y las 4 siguientes, el comienzo de las fases B y C, son: Fase B Polo 1: 120° ∝ = 120° 10 10 11 = 11 al ser un número entero la fase B comienza en la ranura 12. Fase C Polo 1: 60° ∝ = 60 10 10 11 = 5 1 2 , no sirve. Polo 2: 240° ∝ = 240 10 10 11 = 22 , es decir la fase C comienza en el segundo polo en la ranura 23. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 58
  • 59. DEVANADOS POLIFÁSICOS Primer Polo Segundo Polo 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 59 Inicio del primer grupo de bobina en cada fase 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 ഥ 𝑨 𝑪 ഥ 𝑩 𝟓 𝟔 𝟓 𝟔 𝟓 𝟔 PRIMER POLO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 A1 A1 A1 A1 A1 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑪𝟐 B1 B1 B1 B1 B1 A2 A2 𝑪𝟏 𝑪𝟏 𝑪𝟏 𝑪𝟏 𝑪𝟏 B2 B2 B2 B2 B2 B2 𝑨𝟏 𝑨𝟏 𝑨𝟏 SEGUNDO POLO 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 𝑨𝟐 C1 C1 C1 C1 C1 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑩𝟐 𝑨𝟏 𝑨𝟏 C2 C2 C2 C2 C2 C2 𝑩𝟏 𝑩𝟏 𝑩𝟏 𝑩𝟏 𝑩𝟏 A2 A2 A2 A2
  • 60. DEVANADOS POLIFÁSICOS Factor de paso: 𝐾𝑝𝑛 = 𝑠𝑒𝑛 (𝑛 ∗ 𝜃𝑒 2 ) 𝐾𝑝1 = 𝑠𝑒𝑛 13 ∗ 10 10 11 2 = 0.945 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 60 POLO 1 POLO 2 Número de Ranura 1 2 3 4 5 17 18 19 20 21 22 Ángulo 1 ∗ 𝛼; 17 ∗ 𝛼 − 180 𝜶 = 𝟏𝟎 𝟏𝟎 𝟏𝟏 𝟏𝟎 𝟏𝟎 𝟏𝟏 𝟐𝟏 𝟗 𝟏𝟏 𝟑𝟐 𝟖 𝟏𝟏 𝟒𝟑 𝟕 𝟏𝟏 𝟓𝟒 𝟔 𝟏𝟏 𝟓 𝟓 𝟏𝟏 𝟏𝟔 𝟒 𝟏𝟏 𝟐𝟕 𝟑 𝟏𝟏 𝟑𝟖 𝟐 𝟏𝟏 𝟒𝟗 𝟏 𝟏𝟏 𝟔𝟎°
  • 61. DEVANADOS POLIFÁSICOS Los vectores ordenados quedarían: 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 61 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 𝟏𝟎 𝟏𝟎 𝟏𝟏 𝟐𝟏 𝟗 𝟏𝟏 𝟑𝟐 𝟖 𝟏𝟏 𝟒𝟑 𝟕 𝟏𝟏 𝟓𝟒 𝟔 𝟏𝟏 𝟓 𝟓 𝟏𝟏 𝟏𝟔 𝟒 𝟏𝟏 𝟐𝟕 𝟑 𝟏𝟏 𝟑𝟖 𝟐 𝟏𝟏 𝟒𝟗 𝟏 𝟏𝟏 𝟔𝟎° Se observa que la diferencia entre los vectores es:𝛽 = 5 5 11 𝐾𝑑𝑛 = 𝑠𝑒𝑛(𝑛 ∗ 𝑣 ∗ 𝛽 2 ) 𝑣 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝑛 ∗ 𝛽 2 ) ; 𝐾𝑑1 = 𝑠𝑒𝑛 11 ∗ 5 5 11 2 11 ∗ 𝑠𝑒𝑛 5 5 11 2 = 0.95529
  • 62. DEVANADOS POLIFÁSICOS Cuando la distribución en el devanado fraccionario es asimétrico en la separación de los ángulos de los vectores (fasores) en la unidad fundamental o básica de la máquina. Ejemplo: sea una máquina síncrona trifásica de 108 ranuras, 10 polos, analizar el devanado, dando la configuración de la máquina, ángulo entre vectores, espaciamiento entre los fasores de cada fase. 𝑞 = 𝑄 𝑚 ∗ 𝑝 = 108 3 ∗ 10 = 3 3 5 𝑟 𝑝𝑥𝑓 Luego la unidad fundamental es 5, y el devanado completo es 2 veces la unidad fundamental. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 62
  • 63. DEVANADOS POLIFÁSICOS El número de ranuras por fase en la unidad fundamental es: 33 5 ∗ 5 = 18 ⇒ (𝑞 ∗ 𝑏) El número de ranuras totales en la unidad fundamental es: 𝑞 ∗ 𝑚 ∗ 𝑏 = 54 El ángulo eléctrico entre ranuras adyacentes es: ∝= 180 ∗ 𝑝 𝑄 = 180 ∗ 10 108 = 16 2 3 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 63
  • 64. DEVANADOS POLIFÁSICOS Las posibles distribuciones de las 18 ranuras por fase en la unidad fundamental (5 polos) son: 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 64 POLOS 1 2 3 4 5 3 4 4 4 3 Primera Opción 4 3 4 3 4 Segunda Opción La fase A ocupa la primera ranura y las 3 siguientes, el comienzo de las fases B y C, son:
  • 65. DEVANADOS POLIFÁSICOS La fase A ocupa la primera ranura y las 3 siguientes, el comienzo de las fases B y C, son: Fase B Polo 1: 120° ∝ = 120° 16 2 3 = 7 1 5 ranuras descartada Polo 2: 120°+180° ∝ = 18 ranuras escogida. Fase C Polo 1: 60° ∝ = 3 3 5 , no sirve. Polo 2: 240° ∝ = 14 2 5 , no sirve. Polo 3: 420° ∝ = 25 1 5 , no sirve. Polo 4: 600° ∝ = 36, escogida. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 65
  • 66. DEVANADOS POLIFÁSICOS Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo Quinto Polo 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 66 Inicio del primer grupo de bobina en cada fase 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 ഥ 𝑨 𝑪 ഥ 𝑩 𝟒 𝟒 𝟒 𝟑 𝟑 𝟒 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 ഥ 𝑨 𝑪 ഥ 𝑩 𝟒 𝟒 𝟑 𝟑 𝟒 𝟒 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 𝟒 𝟑 𝟑 De esta manera la fase A empieza en la primera ranura, la B en la ranura 19 y la C en ranura 37. 1 - 4 5 - 8 9 - 12 13 - 15 16 - 18 19 - 22 23 - 26 27 - 30 31 - 33 34 - 36 37 - 40 41 - 44 45 - 48 49 - 51 52 - 54 19 37
  • 67. DEVANADOS POLIFÁSICOS Los vectores (fasores) de la fase A están en las ranuras: 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 67 1 ∗ 𝛼; 13 ∗ 𝛼 − 180 𝜶 = 𝟏𝟔 𝟐 𝟑 Primer Polo Segundo Polo Tercer polo Cuarto Polo Quinto Polo 1 2 3 4 13 14 15 23 24 25 26 34 35 36 45 46 47 48 16 2 3 33 1 3 50 66 2 3 36 2 3 53 1 3 70 23 1 3 40 56 2 3 73 1 3 26 2 3 43 1 3 60 30 46 2 3 63 1 3 80 23 ∗ 𝛼 − 360 34 ∗ 𝛼 − 540 45 ∗ 𝛼 − 720 Se ordenan los vectores: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 𝟏𝟔 𝟐 𝟑 𝟑𝟑 𝟏 𝟑 50 𝟔𝟔 𝟐 𝟑 𝟑𝟔 𝟐 𝟑 𝟓𝟑 𝟏 𝟑 70 𝟐𝟑 𝟏 𝟑 𝟒𝟎 56 𝟐 𝟑 𝟕𝟑 𝟏 𝟑 𝟐𝟔 𝟐 𝟑 𝟒𝟑 𝟏 𝟑 𝟔𝟎 30 𝟒𝟔 𝟐 𝟑 𝟔𝟑 𝟏 𝟑 𝟖𝟎
  • 68. DEVANADOS POLIFÁSICOS 18 vectores, 16 que están igualmente espaciados a 3 1 3 y dos que están separados entre sí (80 - 16 2 3 ) es decir 63 1 3 por lo tanto, el factor de distribución se calcula: 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 68 6 2 3 6 2 3 16 2 3 𝐾𝑑2𝑛 = 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 2 ∗ 63 1 3 2 2 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 63 1 3 2 ; 𝐾𝑑16𝑛 = 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 16 ∗ 3 1 3 2 16 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 3 1 3 2 𝐾𝑑_𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2𝐾𝑑2𝑛 + 16𝐾𝑑16𝑛 18
  • 69. DEVANADOS POLIFÁSICOS Ejemplo: El estator de un generador síncrono trifásico, de 60 Hz, 10 polos, 96 ranuras, con un paso de bobina de 8 ranuras y con 4 conductores por ranura, tiene un flujo fundamental de 0.5 Wb. Si la densidad de flujo del 3er, 5to y 7mo armónico son 20, 15 y 10% de la fundamental respectivamente. Todas las bobinas por fase están conectadas en serie. Hállese el voltaje por espira, el voltaje de línea y el flujo total por polo. 𝑞 = 𝑄 𝑚 ∗ 𝑝 = 96 3 ∗ 10 = 3 1 5 𝑟 𝑝𝑥𝑓 Luego la unidad fundamental es 5, y el devanado completo es 2 veces la unidad fundamental. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 69
  • 70. DEVANADOS POLIFÁSICOS 𝛼 = 180 ∗ 𝑝 𝑄 = 180 ∗ 10 96 = 18 3 4 ; 𝜃𝑒 = 8 ∗ 𝛼 = 150° 𝐾𝑝1 = 0.9659; 𝐾𝑝3 = −0.7071; 𝐾𝑝5 = 0.2588; 𝐾𝑝7 = 0.2588 𝑉 𝑒𝑠𝑝 = 4.44𝜑𝑛𝑛𝑓𝑘𝑝𝑛; 𝑉1 = 4.44 ∗ 0.5 ∗ 1 ∗ 60 ∗ 0.9659 ≈ 128.66𝑉 𝜑1 = 2 𝐵1𝑙𝜏 𝜋 ; 𝜑𝑛 = 2 𝐵𝑛𝑙𝜏 𝑛𝜋 ; 𝜑1 𝜑𝑛 = 𝑛 𝐵1 𝐵𝑛 ; 𝜑𝑛 = 1 𝑛 𝐵𝑛 𝐵1 𝜑1 𝜑3 = 1 3 ∗ 0.2𝐵1 𝐵1 𝜑1; 𝜑3 = 1 3 ∗ 0.2 ∗ 0.5 = 0.033 𝑉3 = −18.8373𝑉 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 70
  • 71. DEVANADOS POLIFÁSICOS 𝜑5 = 1 5 0.15 ∗ 0.5 = 0.015; 𝑉5 = 5.1712𝑉 𝜑7 = 1 7 0.1 ∗ 0.5 = 0.00714; 𝑉7 = 3.4474𝑉 𝑉 𝑒𝑠𝑝 = 𝑉1 2 + 𝑉3 2 + 𝑉5 2 + 𝑉7 2 = 130.181𝑉 𝑉𝐿 = 3𝑉𝑓 = 3𝑉 𝑒𝑠𝑝𝐾𝑑𝑁 𝑁 = 𝑍 ∗ 𝑄 2 ∗ 𝑚 ∗ 𝑟 Z: conductores por ranura; r: ramas en paralelo 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 71
  • 72. DEVANADOS POLIFÁSICOS 𝑁 = 4 ∗ 96 2 ∗ 3 ∗ 1 = 64 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑉𝐿1 = 3𝑉1𝐾𝑑1𝑁; 𝑉𝐿3 = 0 (𝑠𝑒 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥𝑖ó𝑛) 𝑉𝐿5 = 3𝑉5𝐾𝑑5𝑁; 𝑉𝐿7 = 3𝑉7𝐾𝑑7𝑁 𝐾𝑑𝑛 = 𝑠𝑒𝑛(𝑛 ∗ 𝑣 𝛽 2 ) 𝑣 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝑛 𝛽 2 ) 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 72
  • 73. DEVANADOS POLIFÁSICOS Ranuras en la unidad fundamental o básica: 16 La distribución escogida es: 3 3 4 3 3 La fase A ocupa la primera ranura y las 2 siguientes, el comienzo de las fases B y C, son: Fase B Polo 1: 120° ∝ = 120° 18 3 4 = 32 5 ranuras descartada Polo 2: 120°+180° ∝ = 16 ranuras escogida. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 73
  • 74. DEVANADOS POLIFÁSICOS Fase C Polo 1: 60° ∝ = 16 5 , no sirve. Polo 2: 240° ∝ = 64 5 , no sirve. Polo 3: 420° ∝ = 112 5 , no sirve. Polo 4: 600° ∝ = 32, escogida. De esta manera la fase A empieza en la primera ranura, la B en la ranura 17 y la C en ranura 33. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 74 Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo Quinto Polo Inicio del primer grupo de bobina en cada fase 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 ഥ 𝑨 𝑪 ഥ 𝑩 𝟑 𝟒 𝟑 𝟑 𝟑 𝟑 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 ഥ 𝑨 𝑪 ഥ 𝑩 𝟒 𝟑 𝟑 𝟑 𝟑 𝟒 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 𝟑 𝟑 𝟑 1 - 3 4 - 7 8 - 10 11 - 13 14 - 16 17 - 19 20 - 23 24 - 26 27 - 29 30 - 32 33 - 35 36 - 39 40 - 42 43 - 45 46 - 48 17 33
  • 75. Primer Polo Segundo Polo Tercer polo Cuarto Polo Quinto Polo 1 2 3 11 12 13 20 21 22 23 30 31 32 40 41 42 DEVANADOS POLIFÁSICOS Los vectores (fasores) de la fase A están en las ranuras: 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 75 1 ∗ 𝛼; 11 ∗ 𝛼 − 180 𝜶 = 𝟏𝟖 𝟑 𝟒 𝟏𝟖 𝟑 𝟒 𝟑𝟕 𝟏 𝟐 𝟓𝟔 𝟏 𝟒 𝟐𝟔 𝟏 𝟒 𝟒𝟓 𝟔𝟑 𝟑 𝟒 15 𝟑𝟑 𝟑 𝟒 𝟓𝟐 𝟏 𝟐 𝟕𝟏 𝟏 𝟒 𝟐𝟐 𝟏 𝟐 𝟒𝟏 𝟏 𝟒 𝟔𝟎 𝟑𝟎 𝟒𝟖 𝟑 𝟒 67 𝟏 𝟐 20 ∗ 𝛼 − 360 30 ∗ 𝛼 − 540 40 ∗ 𝛼 − 720 Se ordenan los vectores: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 15 𝟏𝟖 𝟑 𝟒 𝟐𝟐 𝟏 𝟐 𝟐𝟔 𝟏 𝟒 𝟑𝟎 𝟓𝟐 𝟏 𝟐 𝟕𝟏 𝟏 𝟒 𝟒𝟏 𝟏 𝟒 𝟔𝟎 𝟒𝟓 𝟔𝟕 𝟏 𝟐 𝟒𝟖 𝟑 𝟒 𝟑𝟕 𝟏 𝟐 𝟔𝟑 𝟑 𝟒 𝟓𝟔 𝟏 𝟒 𝟑𝟑 𝟑 𝟒 16 vectores que están igualmente espaciados a 3 3 4 por lo tanto, el factor de distribución se calcula:
  • 76. DEVANADOS POLIFÁSICOS 𝐾𝑑𝑛 = 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 16 ∗ 3 3 4 2 16 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 3 3 4 2 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 76 Kd1 = 0,9551; Kd3 = 0,6376; Kd5 = 0,1918; Kd7 = -0,1376 VL1 = 13.621,89; VL3 = 0; VL5 = 109,969; VL7 = -52,919 𝑉𝐿 = 𝑉𝐿1 2 + 𝑉𝐿3 2 + 𝑉𝐿5 2 + 𝑉𝐿7 2 = 13.622,4396𝑉 𝜑𝑇 = 𝜑1 + 𝜑3 + 𝜑5 + 𝜑7 𝜑𝑇 = 𝜑1[1 + 0,2 ∗ 1 3 + 0,15 ∗ 1 5 + 0,1 ∗ 1 7 ] = 0,557𝑊𝑏
  • 77. DEVANADOS POLIFÁSICOS Ejemplo 2: Un motor trifásico de inducción balanceado conectado en estrella (Y), que trabaja a 220 voltios, 60 Hz, tiene 4 polos y 27 ranuras. El flujo por polo es de "aproximadamente" un (1) miliwebber, con una distribución de densidad de flujo, así: 𝑩 𝜽 = 𝑩𝟏𝒔𝒆𝒏𝜽 + 𝟎. 𝟎𝟓𝑩𝟏𝒔𝒆𝒏𝟑𝜽 + 𝟎. 𝟎𝟐𝑩𝟏𝒔𝒆𝒏𝟓𝜽 Si el paso de bobina es de 6 ranuras, calcular el número de espiras por fase, si todas están conectadas en serie. Justifique si hay necesidad de aproximar considerando que todas las bobinas son idénticas. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 77
  • 78. DEVANADOS POLIFÁSICOS 𝑞 = 𝑄 𝑚 ∗ 𝑝 = 27 3 ∗ 4 = 2 1 4 𝑟 𝑝𝑥𝑓 Luego la unidad fundamental es 4 que corresponde al número total de polos. 𝛼 = 180 ∗ 𝑝 𝑄 = 180 ∗ 4 27 = 26 2 3 ; 𝜃𝑒 = 6 ∗ 𝛼 = 160° 𝐾𝑝1 = 0.9848; 𝐾𝑝3 = −0.866; 𝐾𝑝5 = 0.6427 𝜑1 = 2 𝜋 𝐵1𝐴; 𝜑3 = 2 3𝜋 𝐵3𝐴; 𝜑5 = 2 5𝜋 𝐵5𝐴 𝜑𝑇 = 𝜑1 + 𝜑3 + 𝜑5 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 78
  • 79. DEVANADOS POLIFÁSICOS 𝜑𝑇 = 2 𝜋 𝐵1𝐴 1 + 0.05 3 + 0.02 5 ≈ 1 𝑚𝑊𝑏 𝜑1 ≈ 0.979751 𝑚𝑊𝑏 𝑉1 = 4.44𝑁𝜑1𝑓𝑘𝑤1 Hay 9 ranuras por fase en 4 polos, la distribución es: 2 2 2 3 La fase A ocupa la primera ranura y la siguiente, el comienzo de las fases B y C, son: Fase B Polo 1: 120° ∝ = 120° 26 2 3 = 9 2 ranuras descartada 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 79
  • 80. DEVANADOS POLIFÁSICOS Polo 2: 120°+180° ∝ = 45 4 ranuras descartada Polo 3: 120°+360° ∝ = 18ranuras escogida. Fase C Polo 1: 60° ∝ = 9 4 , no sirve. Polo 2: 240° ∝ = 9, escogida. De esta manera la fase A empieza en la primera ranura, la B en la ranura 19 y la C en ranura 10. 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 80 Primer Polo Segundo Polo Tercer Polo Cuarto Polo 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 ഥ 𝑨 𝑪 ഥ 𝑩 𝟐 𝟑 𝟐 𝟐 𝟐 𝟑 𝑨 ഥ 𝑪 𝑩 ഥ 𝑨 𝑪 ഥ 𝑩 𝟐 𝟐 𝟐 𝟑 𝟐 𝟐 1 - 2 3 - 5 6 - 7 8 - 9 10 - 11 12 - 14 15 - 16 17 - 18 19 - 20 21 - 23 24 - 25 26 - 27
  • 81. Primer Polo Segundo Polo Tercer polo Cuarto Polo 1 2 8 9 15 16 21 22 23 DEVANADOS POLIFÁSICOS Los vectores (fasores) de la fase A están en las ranuras: 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 81 1 ∗ 𝛼; 8 ∗ 𝛼 − 180 𝜶 = 𝟐𝟔 𝟐 𝟑 𝟐𝟔 𝟐 𝟑 𝟓𝟑 𝟏 𝟑 𝟑𝟑 𝟏 𝟑 𝟔𝟎 40 𝟔𝟔 𝟐 𝟑 𝟐𝟎 𝟒𝟔 𝟐 𝟑 𝟕𝟑 𝟏 𝟑 15 ∗ 𝛼 − 360 21 ∗ 𝛼 − 540 Se ordenan los vectores: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 𝟐𝟎 𝟐𝟔 𝟐 𝟑 𝟑𝟑 𝟏 𝟑 𝟒𝟎 𝟒𝟔 𝟐 𝟑 𝟔𝟔 𝟐 𝟑 𝟕𝟑 𝟏 𝟑 𝟔𝟎 𝟓𝟑 𝟏 𝟑 9 vectores que están igualmente espaciados a 6 2 3 por lo tanto, el factor de distribución se calcula:
  • 82. DEVANADOS POLIFÁSICOS 𝐾𝑑𝑛 = 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 9 ∗ 6 2 3 2 9 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝑛 ∗ 6 2 3 2 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 82 Kd1 = 0,9554; Kd3 = 0,6398; Kd5 = 0,1937 kw1 = 0,9409; kw3 = -0.55413; kw5 = 1.0245 𝑉𝐿 = 3 𝑉𝐹1 2 + 𝑉𝐹5 2 = 220𝑉 𝑉𝐹1 = 4.44 ∗ 60 ∗ 0.979751 ∗ 10−3 ∗ 0.9409𝑁 𝑉𝐹1 = 0.24559𝑁
  • 83. DEVANADOS POLIFÁSICOS 25/03/2022 Máquinas Eléctricas - Luis Eduardo Rueda Rincón 83 𝑉𝐹5 = 4.44 ∗ 5 ∗ 60 ∗ 0.979751 ∗ 10−3 ∗ 0.1245𝑁 𝑉𝐹5 = 0.00324𝑁 220 3 2 = 0.24559𝑁 2 + 0.00324𝑁 2 N = 517.137 vueltas o espiras El número de espiras debe ser entero y múltiplo de 9 (9 ranuras/fase) N = 522 que es divisible por 9