El libro trata sobre máquinas eléctricas y consta de seis unidades y anexos. Cada unidad comienza con un caso práctico y contiene información sobre los conceptos clave, ilustraciones y actividades. El objetivo es que el alumno aprenda acerca de máquinas eléctricas y pueda aplicar los conocimientos en la práctica profesional.

1. Máquinas
eléctricas
Juan
Carlos
Martín
ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

2. Máquinas eléctricas
Juan Carlos Martín Castillo

3. ÍNDICE
1. Magnetismo y electromagnetismo. . .4
1 Magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Campo magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3 Electromagnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4 Clasificación de máquinas eléctricas . . . . . . . . 26
Práctica Profesional: Comprobación
del campo magnético generado en una bobina. . 30
Mundo Técnico: El tren de levitación magnética . 32
2. Materiales y herramientas
del bobinador. . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
1 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2 Herramientas y utillaje del bobinador . . . . . . 44
3 Instrumentos de medida y comprobación . . . 57
Práctica Profesional 1: Fabricación
de una bobina con moldes preformados . . . . . . . 62
Práctica Profesional 2: Fabricación
de una bobina con molde de madera . . . . . . . . . . 64
Mundo Técnico:
Fabricación automatizada
de máquinas eléctricas rotativas . . . . . . . . . . . . . . 66
3. Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . .68
1 Conceptos iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2 Clasificación de los transformadores. . . . . . . . 74
3 Materiales constructivos
de los transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4 Características eléctricas de un transformador . 83
5 Cálculo de un transformador monofásico . . . 85
6 Cálculo de transformadores trifásicos. . . . . . . 91
7 Ensayos y comprobaciones. . . . . . . . . . . . . . . . 97
Práctica Profesional 1: Construcción
de un transformador monofásico . . . . . . . . . . . . 102
Práctica Profesional 2: Comprobación
y ensayo de un transformador monofásico. . . . . 106
Práctica Profesional 3: Construcción
de un transformador trifásico . . . . . . . . . . . . . . . 110
Mundo Técnico: Otros tipos de transformadores 112
4. Máquinas rotativas de corriente
continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
1 Principio de funcionamiento
de máquinas de corriente continua . . . . . . . 116
2 Constitución de máquinas de corriente
continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
3 Tipos de conexión entre devanados . . . . . . . 124
4 Devanados en máquinas
de corriente continua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Práctica Profesional 1: Desmontaje de
una máquina rotativa de corriente continua . . . 154
Práctica Profesional 2: Bobinado del devanado
de excitación de una máquina
de corriente continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Práctica Profesional 3: Bobinado del inducido
de una máquina de corriente continua. . . . . . . . 160
Práctica Profesional 4: Comprobación
de inducidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Mundo Técnico: Equilibrado de máquinas
rotativas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5. Máquinas rotativas de corriente
alterna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
1 Principio de funcionamiento de
las máquinas rotativas de corriente alterna . .172
2 Clasificación de máquinas de corriente
alterna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
3 Máquinas síncronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
4 Máquinas asíncronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5 Devanados de máquinas de corriente
alterna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Práctica Profesional 1:
Puesta en marcha de un alternador . . . . . . . . . . 208
Práctica Profesional 2:
Bobinado del devanado del estator
de una máquina de corriente alterna . . . . . . . . . .210
Práctica Profesional 3:
Bobinado del inductor de un alternador . . . . . . 216
Mundo Técnico: Variación de velocidad
en motores de inducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
6. Otras máquinas eléctricas
rotativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
2 Motores monofásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
3 Motores de imanes permanentes . . . . . . . . . 229
Práctica Profesional:
Bobinado de un motor monofásico. . . . . . . . . . . 236
Mundo Técnico: El motor lineal. . . . . . . . . . . . . . 238
Anexos
A Prontuario de cálculo de transformadores . . 241
B Prontuario de cálculo de devanados
en corriente continua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
C Prontuario de cálculo de devanados
en corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
D Ejemplos de devanados . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
D Operaciones básicas de mantenimiento y
reparación de máquinas eléctricas rotativas . . 250
Soluciones: Evalúa tus conocimientos . 252
˘
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4. Y
El libro de Máquinas eléctricas consta de seis unidades
de trabajo y varios anexos finales. Cada una de las uni-
dades comienza con un caso práctico inicial que plantea
una situación relacionada con el contenido de la misma.
Consta de una situación de partida y un estudio del caso.
El caso inicial puede resolverse o bien quedar indicado a
lo largo de la unidad. De este modo, el análisis del caso
se convierte en el eje vertebrador de la unidad, ya que
se incluirán continuas referencias al mismo a lo largo del
desarrollo de los contenidos.
El desarrollo de la unidad aparece acompañado de nume-
rosas ilustraciones seleccionadas de entre los equipos y pro-
cesos más frecuentes que encontrarás al realizar tu trabajo.
También se incorporan actividades y ejemplos que ayudan
a asimilar los conceptos tratados. El objetivo es, por tanto,
que el alumno se acerque a la realidad laboral a medida
que desarrolla los contenidos de la asignatura. A continua-
ción, te proponemos una serie de actividades finales para
que apliques los conocimientos adquiridos y, a su vez, te
sirvan de repaso. También se incluye en el apartado entra
en Internet una serie de cuestiones para cuya resolución es
necesario consultar diversas páginas web.
CÓMO SE USA ESTE LIBRO
Al final de cada unidad encontrarás las prácticas profesio-
nales, casos prácticos que representan los resultados que
debes alcanzar al terminar tu módulo formativo.
La sección Mundo técnico versa sobre información técnica
del sector vinculada a la unidad. Es importante conocer las
novedades existentes en el mercado y disponer de ejemplos
reales para aplicar los contenidos tratados en la unidad.
La unidad finaliza con el apartado en resumen, mapa con-
ceptual con los contenidos esenciales de la unidad, y el
apartado evalúa tus conocimientos: batería de preguntas
que te permitirán comprobar el nivel de conocimientos ad-
quiridos tras el estudio de la unidad.
Materiales y herramientas
del bobinador
2
vamos a conocer...
1. Materiales
2. Herramientas y utillaje del bobinador
3. Instrumentos de medida y comprobación
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Fabricación de una bobina con moldes
preformados
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Fabricación de una bobina con molde
de madera
MUNDO TÉCNICO
Fabricación automatizada de máquinas
eléctricas rotativas
y al finalizar esta unidad...
Conocerás cuáles son los conductores y aislantes
utilizados en el bobinado de máquinas eléctricas.
Identificarás los diferentes tipos de herramientas
y útiles usados en el taller de reparación de
máquinas eléctricas.
Conocerás cuál es la instrumentación requerida
en el taller de mantenimiento y reparación.
Construirás dos bobinas utilizando dos
procedimientos diferentes.
35
situación de partida
CASO PRÁCTICO INICIAL
Fermín y Abel, de la empresa MantenExpress, ya han comenza-
do a formarse para la nueva tarea que su jefe les ha encomen-
dado, es decir, para todo lo relativo al mantenimiento y repa-
ración de máquinas eléctricas. Lo primero que deben hacer es
reservar un espacio en su actual taller para realizar este tipo
de trabajos. En las últimas semanas han revisado catálogos
y webs de fabricantes para definir cuáles son los materiales,
herramientas e instrumentación de los que deben disponer
en su taller máquinas eléctricas. Dentro de los materiales han
observado que dos de ellos son esenciales, por un lado los
conductores eléctricos que constituyen los devanados, y por
otro los materiales dieléctricos que los aíslan. Dentro de la
dotación de herramientas han comprobado que deben adqui-
rir un buen número de ellas y con diferentes funciones. Entre
estas herramientas se encuentran, desde las destinadas a la
construcción de devanados hasta las que permiten ejecutar
su acabado adecuadamente, pasando por las de limpieza y
preparación del núcleo magnético. Además, como en otras
técnicas eléctricas, requieren una instrumentación que permita
y facilite la comprobación y localización de averías, tanto en la
puesta en marcha de las máquinas reparadas como en tareas
de mantenimiento en planta.
1. ¿Qué característica presenta el conductor utilizado
para rebobinar máquinas eléctricas?
2. ¿Es indiferente el espesor del dieléctrico en los hilos
esmaltados?
3. ¿Se comercializan estos conductores en función de su
sección, como ocurre con otros cables eléctricos?
4. ¿Qué hay que tener en cuenta en el momento de
elegir un material aislante?
5. ¿Qué se utiliza (regletas, cinta aislante, etc.) para
aislar las conexiones eléctricas en el interior de una
máquina eléctrica?
6. Fermín y Abel ha leído en algún lugar que una vez
rebobinada una máquina eléctrica es necesario bar-
nizarla, ¿cuál es el objetivo de dicha operación?
7. El principal mercado de trabajo de MantenExpres será
el de las máquinas eléctricas rotativas, ¿cuál es el tipo
de bobinadora que mejor se adapta a su rebobinado?
8. ¿Todas las bobinas se fabrican con un solo conductor?
9. ¿Existe alguna herramienta especíica para pelar el
hilo esmaltado?
10. ¿Es sencilla la extracción de los devanados de una
máquina rotativa cuyas bobinas se han quemado?
11. ¿Existe algún instrumento para comprobar el estado
de los devanados de una máquina rotativa?
estudio del caso
Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.
Máquinas rotativas de corriente alterna 183
4. Máquinas asíncronas
Deben su nombre a que funcionan a una velocidad diferente (inferior) a la de
sincronismo.
El funcionamiento como motor es el principal uso de las máquinas asíncronas. No
obstante, en la actualidad, se están utilizando con regularidad como generadores,
aunque su estudio se sale de los objetivos de este libro.
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Escudo posterior
Devanado del estator
Eje
Tapa del
ventilador
Escudo anterior
Ventilador Rotor en
cortocircuito
Cojinete
Placa de
características
Núcleo de la
armadura
Caja de bornes
a Figura 5.33. Constitución de un motor asíncrono trifásico.
De la misma forma que las máquinas síncronas, las asíncronas están formadas por
un circuito magnético y dos circuitos eléctricos, además de otros elementos como
son: la carcasa, escudos, tapas, base de fijación, etc.
4.1. Circuito magnético
Está formado por dos partes: una fija en el estator y una móvil en el rotor.
La armadura o estator
El estator es idéntico al utilizado en las máquinas síncronas, por tanto aquí no se
volverá a enunciar cuál es su constitución, ya que no existe ninguna diferencia
entre ambos.
El rotor
En cuanto al rotor, puede ser de dos tipos:
• Rotor en cortocircuito. Este tipo no dispone de ranuras abiertas que permi-
tan insertar en ellas un bobinado ejecutado a base de hilo o pletina esmal-
tada. Sin embargo, está constituido por un número determinado de barras
rígidas que se cierran en cortocircuito en sus extremos, formado así su propio
devanado.
• Rotor ranurado. Su aspecto es similar al de otros rotores ya estudiados para
otros tipos de máquinas. Se encuentra ranurado en todo su contorno para per-
mitir alojar en él un devanado construido a base de bobinas de hilo o pletina
esmaltada.
Ranuras
de la
armadura
Barras
del rotor
Armadura
(estator)
Rotor en
cortocircuito
a Figura 5.34. Partes de una má-
quina asíncrona con rotor en cor-
tocircuito.
154 Unidad 4
HERRAMIENTAS
• Martillo con cabeza de nailon
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Juego de llaves fijas y/o de tubo
• Recipiente o gaveta de plástico
• Extractor de cojinetes
• Guantes, alicates y extractor
de chavetas
MATERIAL
• Una máquina de corriente continua
• Rotulador permanente y cinta aislante
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Desmontaje de una máquina
rotativa de corriente continua
OBJETIVO
Conocer las técnicas y herramientas utilizadas para desmontar una máquina
rotativa.
PRECAUCIONES
• Utiliza guantes en la operación de desmontaje y montaje de la máquina.
• Cubre de cinta aislante los huecos de las chavetas para evitar cortes con el filo
de sus bordes.
DESARROLLO
1. Preparar la mesa de trabajo con el equipo de herramientas necesario para el desmontaje de la máquina. Es
aconsejable disponer de una bandeja o gaveta para dejar en ella todos los elementos que se retirarán en esta
operación.
a Figura 4.91. Algunas de las herramientas necesarias para desmontar la máquina.
2. Utilizando un rotulador permanente, realizar marcas en los dos escudos de la máquina de tal forma que identifi-
ques claramente en qué lado de la culata están ubicados cada uno de ellos.
a Figura 4.92. Marcaje de culatas.
3. Por la ventana del escudo que contiene las escobillas, las retiramos para evitar que se dañen en el proceso de
desmontaje.
4. Utilizando un extractor de chavetas retiramos las de ambos extremos del eje. Si no dispones del extractor, pue-
des usar un alicate universal o de pico de pato. También, a modo de truco, puedes emplear pequeño tornillo de
banco portátil fijando y tirando de la chaveta.
IMPORTANTE
Todas las actividades propuestas en este libro deben realizarse en un cuaderno de trabajo, nunca en el propio libro.
134 Unidad 4
Según la conexión de bobina en el colector
En función de cómo se conecten los finales de las bobinas y secciones inducidas
en el colector, los devanados pueden ser:
• imbricados o en paralelo,
• ondulados o en serie.
Devanados imbricados
También denominados devanados paralelos, se caracterizan porque cada lado de
la bobina queda situado debajo de un polo de signo contrario.
Este tipo de devanados a su vez se clasifican en simples y múltiples.
• Devanados imbricados simples. Los terminales se conectan siempre a delgas
adyacentes, pudiendo hacerse en la anterior o en la posterior. Si la conexión
se realiza en la siguiente delga, el devanado avanza en sentido horario y se
denomina progresivo o no cruzado. Si por el contrarios la conexión se realiza
en la delga anterior, el devanado retrocede denominándose regresivo o cruzado.
3 6
3 4 5 6
S N
4 5 5 6
3 4 5 6
N S
3 4
Devanado progresivo
(no cruzado)
Devanado regresivo
(cruzado)
a Figura 4.54. Detalles de devanados imbricados simples.
EJEMPLO
En la siguiente figura se muestra cómo se ejecuta un devanado a dos capas.
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N
S
a Figura 4.53. Distribución de los devanados en dos capas.
En el esquema del devanado (izquierda), se representan dos haces activos en
cada ranura. Si nos centramos en la ranura marcada como número 6, se puede
ver que la bobina de color verde es entrante y la bobina de color rojo saliente.
Así, las primeras siempre se montarán en la capa inferior de la ranura y las
segundas en la superior, siendo habitual que el lado que llega a las ranuras se
represente de forma punteada y el que sale de ellas en línea continua.
Español-Inglés
Devanado: winding
Devanado de inducido: armadure
winding
Devanado imbricado: lap winding
Devanado ondulado: wave
winding
Bobinas: coils
Serie: series
Bobinas de campo (inductoras):
field coil
Progresivo: progressive
Regresivo: retrogressive
vocabulario
El devanado progresivo o no cru-
zado es el más común para el
bobinado de inducidos.
saber más
66 Unidad 2
MUNDO TÉCNICO
Fabricación automatizada
de máquinas eléctricas rotativas
Lo estudiado en esta unidad se encuentra en el contexto de talleres pequeños y medianos destinados a la reparación
y mantenimiento manual de máquinas eléctricas. No obstante, la producción y fabricación en serie, de igual forma
que para otro tipo de productos, se encuentra altamente automatizada en este campo. En la actualidad el uso de ma-
quinaria especializada permitente realizar el proceso de fabricación de forma limpia y en un breve periodo de tiempo.
Estos son algunos procesos automatizados destinados a la fabricación de máquinas eléctricas, principalmente de
las de tipo rotativo:
• Máquinas para la inserción de devanados de estatores. Los modelos más complejos y completos construyen
automáticamente las bobinas y posteriormente, mediante un sistema de guiado inteligente, las insertan en las
ranuras del estator.
• Aislamiento de ranuras e inserción de cuñas. Ambos procesos también se encuentran automatizados. El ais-
lamiento de ranura debe hacerse antes de la inserción de los bobinados, la colocación de cuñas después.
• Bobinado de inducidos. Para esta tarea, que manualmente resulta compleja y laboriosa, existen máquinas que
la resuelven por completo, hasta el punto de que, no solamente bobinan el inducido, sino que son capaces de
soldar el devanado a las delgas de colector.
• Impregnadoras y secadoras de barniz o resina. Permiten agilizar el proceso de barnizado y, posteriormente,
de secado de los devanados de forma masiva.
a Figura 2.90. Torneado automático de
rotores.
a Figura 2.91. Máquina automáti-
ca para el aislamiento de ranuras.
a Figura 2.88. Máquina para
la inserción de devanados en
estatores.
a Figura 2.89. Torneado automáti-
co de rotores.
00 Maquinas electricas.indd 3 16/07/12 11:11

5. Magnetismo
y electromagnetismo
1
vamos a conocer...
1. Magnetismo
2. Campo magnético
3. Electromagnetismo
4. Clasificación de máquinas eléctricas
PRÁCTICA PROFESIONAL
Comprobación del campo magnético
generado en una bobina
MUNDO TÉCNICO
El tren de levitación magnética
y al finalizar esta unidad...
Conocerás cuáles son los principios que
fundamentan el funcionamiento de las
máquinas eléctricas.
Sabrás cómo se comportan los diferentes tipos
de materiales ante la presencia de un campo
magnético.
Experimentarás cómo el paso de una corriente
eléctrica por un conductor o una bobina
produce un campo magnético.
Conocerás cuál es la clasificación de las
máquinas eléctricas.
Interpretarás cómo son las curvas de
magnetización de los materiales
ferromagnéticos.
01 Maquinas electricas.indd 4 16/07/12 11:52

6. 5
CASO PRÁCTICO INICIAL
situación de partida
La empresa MantenExpress lleva más de 15 años en el sector
del mantenimiento. Su línea de trabajo se centra principalmente
en las instalaciones eléctricas de viviendas y edificios del sector
terciario. De un tiempo a esta parte, el tejido industrial de su
radio de acción ha crecido de forma considerable, ya que se han
creado numerosas empresas de fabricación de productos para
mecanizado que disponen de un alto grado de automatización.
Sus cadenas de montaje disponen de un buen número de máqui-
nas eléctricas de todo tipo. Esta situación ha generado un nuevo
mercado en el ámbito del mantenimiento por lo que el gerente
de la empresa ha decidido trabajar en esta nueva actividad. Ha
designado a dos de sus empleados para que se formen en todo
lo relacionado con las máquinas eléctricas. Estos tienen mucha
experiencia en tareas de montaje y mantenimiento de instalacio-
nes eléctricas y, aunque en numerosas ocasiones han tenido que
instalar máquinas eléctricas, nunca han realizado operaciones de
mantenimiento o reparación en el interior de las mismas.
Los dos operarios, Fermín y Abel, se ha puesto manos a la obra y
les han surgido todo tipo de dudas y cuestiones como las que se
indican a continuación.
1. Fermín y Abel han observado, en las hojas de caracte-
rísticas, que algunos de los motores que han instalado
disponen de imanes permanentes de neodimio, ¿a
qué se reiere exactamente?
2. Desde el punto de vista del magnetismo, ¿qué ocurre
en un conductor cuando es recorrido por una corriente
eléctrica?
3. ¿Es posible medir un campo magnético de forma di-
recta? ¿Con qué instrumento?
4. Fermín y Abel han desmontado en varias ocasiones
máquinas de tipo rotativo y siempre han observado
que los devanados se encuentran bobinados sobre
núcleos metálicos. ¿Cuál es el motivo de que estos no
se hagan al aire?
5. ¿Cualquier material metálico puede ser bueno para
construir núcleos magnéticos?
6. En algún catálogo o documentación comercial Fermín
y Abel han leído que los mejores resultados para la
construcción de transformadores se obtienen utilizan-
do chapas de grano orientado, ¿a qué es debido?
7. ¿Qué es la curva de magnetización de un material?
8. ¿Es importante que los núcleos de las máquinas eléc-
tricas tengan una alta remanencia?
9. Las máquinas rotativas disponen de un circuito cablea-
do en su parte giratoria (rotor), ¿cómo conseguimos
alimentarlos sin que los cables se retuerzan?
estudio del caso
Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después, analiza cada
punto del tema, con el objetivo de contestar al resto de las preguntas de este caso práctico.
01 Maquinas electricas.indd 5 16/07/12 11:52

7. 6 Unidad 1
1. Magnetismo
Las máquinas eléctricas basan su funcionamiento en los fenómenos del mag-
netismo y del electromagnetismo, por tanto será necesario conocerlos para
comprender cómo están constituidas, cómo funcionan y cómo actuar en caso de
reparación o mantenimiento.
Se denomina magnetismo a la propiedad que tienen determinados materiales,
en estado natural o artificial (forzado mediante la aplicación de alguna técnica
externa), para atraer el hierro. Así, dicha propiedad puede ser aprovechada para
la transformación de energía eléctrica en mecánica, y viceversa.
A los elementos que tienen esa propiedad de atracción se les denomina imanes,
pudiendo clasificarse en permanentes y temporales según su capacidad de man-
tener el magnetismo.
• Imanes permanentes. Son aquellos en los que los efectos de imanación se
mantienen de forma continuada. Pueden estar magnetizados de forma natural
o artificial.
S N
N
S
a Figura 1.1. Polos en imanes permanentes.
• Imanes temporales. Son aquellos que mantienen el magnetismo solamente
mientras se produce un fenómeno físico de magnetización sobre ellos. Este es el
caso de los electroimanes, que solamente mantienen el magnetismo si se aplica
corriente a un circuito eléctrico de excitación.
a Figura 1.2. Imán temporal.
Otra clasificación posible los divide en naturales y artificiales en función de cómo
haya sido generada la magnetización.
• Imanes naturales. Son de origen mineral y poseen de forma natural esa propie-
dad de atracción. Pueden ser cerámicos o de tierras raras. Los de tipo cerámico
están formados por bases de óxido de hierro, de estroncio o de bario. Los de tie-
rras raras, de elementos como el neodimio y el samario, son la última generación
de materiales magnéticos. Son mucho más potentes que los cerámicos, poseen
una elevada remanencia y son capaces de trabajar a elevadas temperaturas.
Los fenómenos del magnetismo
fueron observados por primera vez
por lo griegos en una ciudad de
Asía Menor denominada Magne-
sia del Meandro, considerándose
al filósofo Tales de Mileto como
la primera persona que estudió y
documentó dicho fenómeno.
saber más
Tierras raras es un grupo de 17
elementos de la tabla periódica
que, si bien a principios del siglo
XX no tenían demasiada utilidad
debido a que eran muy difíciles
de separar químicamente, en la
actualidad son elementos de alta
tecnología, ya que son imprescin-
dibles tanto para la fabricación
de teléfonos móviles como para
la construcción de determinadas
máquinas eléctricas controladas
de forma electrónica.
saber más
Debido a sus potentes campos
magnéticos, los imanes perma-
nentes de neodimio han permi-
tido crear máquinas rotativas sin
devanados eléctricos, permitiendo
así simplificar su interior.
caso práctico inicial
01 Maquinas electricas.indd 6 16/07/12 11:52

8. Magnetismo y electromagnetismo 7
Algunos de los imanes mencionados son los siguientes:
• Imantes artificiales. En ellos el campo magnético se genera mediante un estí-
mulo externo, como puede ser el acercamiento de otro imán o el paso de una
corriente eléctrica próxima al metal a magnetizar. Así, dependiendo del tipo
de material, la magnetización puede hacerse de forma permanente o temporal.
Esta última propiedad es aprovechada para el funcionamiento de las máquinas
eléctricas que aquí se van a estudiar.
Las partes de los imanes que poseen mayor fuerza magnética son los denomi-
nados polos, que se identifican como norte y sur. La línea de unión de ambos
polos se denomina línea neutra, ya que es el lugar en el que es menor la mag-
netización.
De todos son conocidas las propiedades de atracción y repulsión de los imanes,
según estas, si se intenta unir dos imanes por los polos del mismo signo, estos se
repelen.
N
S N
S
Atracción
a Figura 1.4. Atracción entre imanes.
Por otro lado, si se hace lo mismo por polos de signo contrario, estos se atraen.
Por tanto, este comportamiento de los elementos magnéticos es ampliamente
utilizado para hacer funcionar máquinas eléctricas, especialmente las de tipo
rotativo.
N
S N
S
Repulsión
a Figura 1.5. Repulsión entre imanes.
a Figura 1.3. Diferentes tipos de imanes permanentes cerámicos y de neodimio (Cortesía de IMA
S.L.).
La Tierra se comporta como un
gran imán, lo cual ha sido aprove-
chado durante siglos para tareas
de orientación. Para ello se utiliza
la conocida brújula magnética,
que se orienta con el campo mag-
nético terrestre.
N
S
Magnético
Geográfico
Es importante saber que el norte
geográfico no coincide con el nor-
te magnético. Así, al ángulo com-
prendido entre ambos se le deno-
mina declinación magnética.
saber más
Hasta no hace mucho tiempo, el
uso de los imanes permanentes
en el campo de las maquinas eléc-
tricas se reducía a la construcción
de motores de baja potencia. Sin
embargo, con la introducción en
los años 90 de elementos magné-
ticos como en neodimio, se ha per-
mitido su aplicación en una amplia
gama de máquinas de aplicación
industrial.
saber más
a Figura 1.6. Motor eléctrico de
imanes permanentes.
01 Maquinas electricas.indd 7 16/07/12 11:52

9. 8 Unidad 1
2. Campo magnético
Es la región del espacio en la que se perciben las fuerzas magnéticas de un imán o de
un elemento magnetizado. En él se produce un desplazamiento de cargas cuyo sen-
tido se ha establecido por convención, del polo norte al polo sur. Se representan de
forma gráfica mediante las de nominadas líneas de fuerza o de inducción magnética.
Así, si se pudieran visualizar las líneas de fuerza que se producen cuando dos ima-
nes se acercan entre sí, se observaría algo similar a lo representado en las siguien-
tes figuras. Cuando se unen dos polos del mismo signo, las líneas se enfrentan y
por tanto se repelen.
N
S N S
a Figura 1.7. Líneas de fuerza en dos imanes en repulsión.
Por el contrario, si se unen dos polos del diferente signo, las líneas de fuerza se
suman y los imanes se atraen.
N
S N
S
a Figura 1.8. Líneas de fuerza en dos imanes en atracción.
2.1. Flujo magnético
Es el número total de líneas de fuerza que forman un campo magnético. El flujo mag-
nético se representa mediante la letra griega Φ (fi), cuya unidad es el weber (Wb).
2.2. Inducción magnética
Es la cantidad de líneas de fuerza que traspasa una unidad de superficie. La in-
ducción magnética, también denominada como densidad de flujo magnético, se
representa con la letra B, aunque durante mucho tiempo se ha estado utilizando
la letra griega b (beta). La unidad es el tesla (T).
La relación existente entre el flujo y la inducción magnética es la siguiente:
Φ = B · S
La variable S representa la superficie que atraviesan las líneas de campo. Se mide
en m2
.
El Sistema Internacional de medi-
da (SI) es ampliamente aceptado
por la mayoría de los países. Este
ha sustituido casi por comple-
to al sistema cegesimal (CGS);
sin embargo, algunos autores y
miembros de la comunidad cientí-
fica siguen usando el formato CGS
para tomar medidas en sistemas
electromagnéticos. Por tanto, es
conveniente saber que el maxvelio
(Mx) es la unidad del flujo magné-
tico, y el gauss (Gs) la de la induc-
ción magnética.
La relación entre las unidades de la
misma magnitud para el Sistema
Internacional es la siguiente:
1 Wb = 108
Mx
1 T = 104
Gs
saber más
El campo magnético puede ser
medido de forma directa, y sin
conexión física, mediante un ins-
trumento denominado teslámetro.
caso práctico inicial
01 Maquinas electricas.indd 8 16/07/12 11:53

10. Magnetismo y electromagnetismo 9
El instrumento que permite conocer el valor de inducción magnética en un cam-
po magnético se denomina teslámetro. Dicho aparato funciona a partir de la re-
cepción de los valores enviados por una sonda basada en un sensor de efecto Hall.
En la siguiente figura pueden distinguirse las partes de un teslámetro:
La calidad de la chapa magnética utilizada en las máquinas eléctricas depende
de la información que da el fabricante en función de los valores de la inducción
magnética. Así, con valores altos de inducción, los resultados en el circuito
magnético serán mejores. De hecho, los materiales empleados en este caso serán
más caros y no resultarán válidos para todas las aplicaciones. Un ejemplo podría
ser el de un transformador que utiliza una chapa metálica que trabaja a 1,5 T, en
este caso el rendimiento de dicho transformador sería mayor que en el caso de
trabajar con una chapa para 1 T. Aun así, es importante recordar que el acabado
del primero sería más caro que el del segundo.
c Figura 1.9. Teslá-
metro con sonda de
efecto Hall (Cortesía
de 3B Scientific).
actividades
1. Utilizando un teslámetro experimenta cómo cambia el valor del campo magnético de diferentes tipos de ima-
nes permanentes (ferrita, neodimio, etc.). Realiza la comprobación acercando y alejando la sonda a los polos y
sobre la línea neutra.
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100
0
Sonda
Teslámetro
N
S
Imán
a Figura 1.10. Medida del campo magnético de un imán con un teslámetro.
El efecto Hall debe su nombre al
físico de origen americano que lo
descubrió a finales del siglo XIX.
Consiste en aprovechar el campo
eléctrico que se produce en un
conductor por el que circula una
corriente eléctrica que se encuen-
tra bajo la influencia de un campo
magnético.
saber más
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11. 10 Unidad 1
3. Electromagnetismo
Se denomina electromagnetismo a aquella parte de la electrotecnia que estudia
en conjunto los fenómenos eléctricos y magnéticos, así como los efectos que entre
ellos producen.
3.1. Campo magnético en un conductor
Cuando un conductor rectilíneo es atravesado por una corriente eléctrica, a su
alrededor se crea un campo magnético cuyas líneas fuerza son circulares y concén-
tricas al conductor. Así, si el campo es lo suficientemente intenso y se colocan a
su alrededor una o más agujas imantadas (por ejemplo, una brújula), dichas agujas
se orientarían en el sentido del campo magnético.
Para conocer el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético producido en
este conductor, se puede aplicar la denominada regla de la mano derecha. Según
dicha regla, el pulgar define el sentido de la corriente eléctrica, y el cierre de los
dedos sobre el conductor muestra el sentido del campo magnético.
I
Sentido de las
líneas de fuerza del
campo magnético
Sentido de la corriente
Conductor
a Figura 1.11. Regla de la mano derecha.
Así, el campo magnético creado alrededor del conductor es mayor cuanto mayor
es la corriente eléctrica que lo atraviesa. No obstante, dicho campo se encuentra
muy difuminado y no tiene fácil aplicación práctica. Sin embargo, si la disposi-
ción del conductor se realiza formado una espira, los campos magnéticos genera-
dos tienden a concentrarse en el interior de la misma, ampliándose los efectos de
las líneas de fuerza.
3.2. Campo magnético en una espira
En una espira es fácil saber el sentido del campo magnético utilizando la regla de
la mano derecha. El sentido de la corriente está marcado por el dedo pulgar, y el
del campo magnético por el cierre de los dedeos sobre la mano.
Así la polaridad en ambas caras de la espira es la siguiente:
S N
a Figura 1.14. Polaridad en los lados de una espira.
I
Sentido
del campo
magnético
I
I
I
a Figura 1.12. Regla del sacacor-
chos.
a Figura 1.13. Campo magnético
en una espira.
Otra forma de averiguar el senti-
do del campo magnético en un
conductor rectilíneo se basa en la
regla del sacacorchos, donde el
avance de este representa el sen-
tido de la corriente, y el giro que
realiza al avanzar indica el sentido
de las líneas de fuerza.
saber más
El simple hecho de que un con-
ductor sea recorrido por una
corriente eléctrica, genera un cam-
po magnético a su alrededor, sien-
do este el principio básico para el
funcionamiento de las máquinas
eléctricas.
caso práctico inicial
01 Maquinas electricas.indd 10 16/07/12 11:53

12. Magnetismo y electromagnetismo 11
3.3. Campo magnético en una bobina
Si se desea conseguir un campo magnético superior, se pueden unir en serie varias
de estas espiras y así sumar sus campos parciales. Esto se consigue realizando con
el conductor una bobina o solenoide. En este caso, para conocer cuál es el sentido
del campo magnético, se utiliza también la regla de la mano derecha, pero con
una interpretación diferente a la utilizada anteriormente. Ahora el sentido de
cierre de los dedos sobre la bobina indica el sentido de la corriente y el del dedo
pulgar representa el campo magnético.
N
S
a Figura 1.15. Campo magnético en una bobina.
3.4. Intensidad de campo magnético
Esta magnitud indica la fuerza de un campo magnético. Se representa con el sím-
bolo H y tiene como unidad el amperio-vuelta/metro (Av/m).
Así, un campo magnético es más intenso cuanto mayor es la corriente que lo
recorre (I) y el número de espiras (N) que lo forma. Por otro lado, será menor
cuanto mayor es la longitud de la bobina (L).
H =
N · I
L
3.5. Fuerza magnetomotriz
Es la fuerza que permite mantener el campo magnético en un circuito electromag-
nético, por ejemplo en el de una bobina. La fuerza magnetomotriz se representa
por la letra F, aunque en ocasiones puede mostrarse como f.m.m, y se mide en
amperios-vuelta (Av).
Matemáticamente la fuerza magnetomotriz es directamente proporcional a la
corriente (I) que recorre el circuito, siendo la constante de proporcionalidad el
número de espiras (N) que lo forman.
F = N · I
Así, se puede afirmar que la intensidad de campo magnético (H) es directamente
proporcional a la fuerza magnetomotriz (F) e inversamente proporcional a la
longitud de la bobina (L).
H =
F
L
3.6. Circuito magnético
Si a una bobina se le introduce una barra de hierro en su interior, se comprueba que
los efectos del campo magnético generado aumentan de forma considerable. Esto
es fácilmente comprobable acercando la sonda de un teslámetro a un circuito con
núcleo y a otro sin él.
a Figura 1.16. Hans Christian Oers-
ted.
a Figura 1.17. Bobina del circuito
magnético de un relé industrial.
El físico danés Oersted fue el pri-
mero en evidenciar (en 1820) la
relación que había entre electrici-
dad y magnetismo. Probó que el
paso de una corriente eléctrica por
un circuito provocaba un campo
magnético a su alrededor.
saber más
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13. 12 Unidad 1
Así, resulta evidente que en un circuito magnético con un núcleo de hierro, o
cualquier otro material de los denominados ferromagnéticos, el campo magnético
aumenta para el mismo valor de corriente y, no solo eso, sino que las líneas de
fuerza pueden ser dirigidas en función de la forma física de dicho núcleo.
L L
Nucleo rectangular o cuadrado
Nucleo toroidal
Bobina Bobina
I
I
a Figura 1.18. Dos tipos de circuitos magnéticos elementales.
Un circuito magnético simple es el denominado electroimán, que consiste en un nú-
cleo de hierro y en una bobina que se alimenta con una fuente tensión. Así, al esta-
blecer sobre ella el paso de corriente, el núcleo se magnetiza atrayendo los elementos
ferromagnéticos que estén a su alrededor. Sin embargo, si se desconecta la fuente de
tensión interrumpiéndose la corriente, los efectos magnéticos también desaparecen.
Esta propiedad es utilizada en todo tipo de dispositivos eléctricos industriales como
relés, contactores, timbres, elementos de bloqueo y retención, etc.
En un circuito con núcleo magnético, para el cálculo de la intensidad de campo
(H), L no es la longitud del hilo que forma la bobina, sino que es el perímetro
central de su núcleo.
El núcleo al aire de un circuito
magnético también genera líneas
de fuerza, pero son dispersas y
con poca intensidad. No obstante,
cuando el núcleo es de material
ferromagnético, el campo magné-
tico se potencia y puede ser redi-
reccionado con facilidad.
caso práctico inicial
Las máquinas que vas a estudiar
en las próximas unidades disponen
de circuitos magnéticos mucho
más complejos que los estudiados
hasta ahora. Sin embargo, su fun-
cionamiento se basa también en
estos principios básicos.
recuerda
a Figura 1.19. Parte del circuito
magnético de una máquina rotativa.
actividades
2. Utilizando un teslámetro experimenta cómo cambia el valor del campo magnético de diferentes tipos de ima-
nes permanentes (ferrita, neodimio, etc.). Realiza la comprobación acercando y alejando la sonda a los polos y
sobre la línea neutra.
Con la siguiente actividad se pretende que experimentes los efectos de un circuito magnético básico. Para ello
debes disponer de los siguientes materiales: una pila de 4,5 V (también es posible de 9 V), una brújula, un puñado
de virutas o, en su defecto, clips pequeños de oficina, un clavo de unos 10 cm
de longitud y 4 mm de diámetro, hilo rígido aislado de 0,25 mm2
(mejor hilo de
bobinar esmaltado).
Realiza una bobina de unas 20 ó 25 espiras sobre el clavo, teniendo en cuenta de
dejar como unos 15 cm de conductor en cada uno de sus extremos. Pela el cable
1 cm en ambas terminaciones. Ten en cuenta que si el hilo es esmaltado, debe
retirase el barniz con una lija o raspándolo con el filo de una tijera de electricista.
Realiza las siguientes comprobaciones:
a. ¿Qué ocurre cuando se alimenta la bobina con la pila y se acercan las virutas
a la brújula o a la sonda del teslámetro? Realiza la comprobación por ambos
extremos del clavo y por la línea neutra.
b. Realiza lo mismo sacando el clavo de la bobina.
c. Construye una bobina con el doble de espiras y repite las comprobaciones.
d. ¿Qué conclusiones sacas de todo esto?
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100
0
Sonda
Teslámetro
Brújula
Pila
Clavo
Hilo de bobinar
Virutas
a Figura 1.20. Elementos necesa-
rios para realizar la actividad.
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14. Magnetismo y electromagnetismo 13
3.7. Materiales para circuitos magnéticos
Los materiales utilizados para los núcleos de circuitos magnéticos pueden ser de
diferentes tipos; sin embargo, no todos tienen un comportamiento similar ante
el campo magnético que generan o ante el que están expuestos.
Sin entrar en detalles matemáticos avanzados, se puede decir que los átomos
de los materiales se comportan como pequeños imanes que interactúan entre
sí. A estos átomos se les denomina spines y tienen una orientación magnética
propia.
Así, en función de la orientación y de la magnitud de estos spines, además del
comportamiento ante un campo magnético externo, los materiales se clasifi-
can en:
• Diamagnéticos. En este tipo los spines no disponen de campo magnético; sin
embargo, si se les aplica un campo magnético externo, estos se orientan en sen-
tido contrario a las líneas de fuerza del campo inductor. Por tanto, se dice que
los materiales de este tipo no interaccionan con otros materiales magnéticos.
Algunos materiales diamagnéticos son el oro, el silicio, el hidrógeno, el helio,
el cobre, el germanio, el bronce, el grafito, etc.
• Paramagnéticos. En este tipo los spines sí disponen de su propio campo mag-
nético. Así, cuando se les aplica un campo externo, algunos de ellos tienden a
orientarse ligeramente en el sentido de las líneas de fuerza del campo principal.
Algunos materiales paramagnéticos son el aire, el titanio, el aluminio, etc.
• Ferromagnéticos. Son aquellos en los cuales los átomos se alinean por comple-
to con las líneas de fuerza del campo externo. Es el tipo de material utilizado
para la fabricación de circuitos magnéticos en máquinas eléctricas, ya que para
valores de corriente no muy elevados, aumenta considerablemente la magne-
tización. El hierro es el material ferromagnético por excelencia, no obstante,
para la obtención de los mejores resultados en la conducción del campo, suele
alearse con cobalto, níquel y/o silicio.
H
Sin magnetización externa Con magnetización externa
a Figura 1.21. Orientación de los átomos de un material ferromagnético.
En cualquier caso, para el estudio de máquinas eléctricas, el material que no es
ferromagnético se considera amagnético, es decir, un material que no tiene nin-
gún comportamiento especial cuando se encuentra sometido a líneas de fuerza
magnéticas.
Los materiales para la constitución de núcleos en circuitos magnéticos se consi-
guen con aleaciones que facilitan la orientación aquí nombrada, como la deno-
minada chapa de grano orientado.
No todos los materiales son ade-
cuados para la construcción de
núcleos en circuitos magnéticos.
En función de la aplicación, deben
utilizarse unos u otros, siendo los
denominados ferromagnéticos los
más adecuados para la fabricación
de máquinas eléctricas.
caso práctico inicial
La chapa de grano orientado es
ideal para la construcción de trans-
formadores, ya que aumenta el
rendimiento y evita pérdidas por
exceso de calor. En la fabricación de
esta chapa se cuida la orientación
de sus cristales de forma que favo-
rezcan la dispersión de los campos
magnéticos por su interior.
caso práctico inicial
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15. 14 Unidad 1
3.8. Reluctancia magnética
Tradicionalmente, a la reluctancia magnética se la compara con la resistencia
eléctrica, ya que es la característica que tienen los materiales ferromagnéticos de
oponer mayor o menor resistencia a la formación de líneas de fuerza de un campo
magnético.
Según la ley denominada de Hopkinson, se establece una expresión similar a la
ley de Ohm en la que el flujo magnético (Φ) es directamente proporcional a la
fuerza magnetomotriz (F) e inversamente proporcional a la reluctancia (R).
Φ =
F
R
Por tanto definimos la reluctancia como:
R =
F
Φ
Las unidades de medida se dan en Amperios-Vuelta/Weber (Av/Wb).
3.9. Curva de magnetización de un material
Si a un circuito magnético, como el mostrado en la figura, se le conecta una fuen-
te de tensión a través de una resistencia variable o reóstato, de tal forma que se
pueda regular la intensidad de corriente que circula por él, la intensidad de campo
H variará en función de dicha corriente.
R
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100
0
Sonda Teslámetro
V
I
a Figura 1.22. Circuito para determinar la curva de magnetización de un núcleo.
Si al núcleo se le acerca un teslámetro, para así poder medir la inducción mag-
nética B generada en él, se observará que, inicialmente, con muy poca variación
de H, la inducción aumenta considerablemente hasta llegar a un valor en el que
por mucho que aumente el valor de la intensidad de campo H, la inducción se
mantiene prácticamente estable. A esta zona se la denomina de saturación, ya
que el campo B no aumenta, a pesar de H lo haga de forma considerable.
El circuito propuesto se puede realizar de forma experimental, siempre que el
material ferromagnético no haya sido magnetizado ninguna vez, ya que de lo
contrario estarán siempre presentes los efectos del magnetismo remanente y esto
provocará errores en la toma de valores.
Como se verá en las páginas siguientes, para eliminar el magnetismo remanente
es necesario aplicar un campo denominado coercitivo, con la misma intensidad
del campo aplicado, pero de signo contrario.
Se debe tener en cuenta que los teslámetros, tanto lo de tipo analógico como los
de tipo digital, proporcionan valores positivos y negativos. Esto significa que el
campo generado es de diferente polaridad, es decir, que pertenece al polo norte o
al polo sur del circuito magnético.
Español-Inglés
Campo magnético: magnetic
field
Circuito magnético: magnetic
circuit
Corriente eléctrica: electric
current
Corriente inducida: induced
current
Desmagnetización:
desmagnetization
Generador eléctrico: electrical
generator
Hierro: iron
Histéresis: hysteresis
Imán: magnet
Inducción magnética: magnetic
induction
Magnético: maganetic
Máquina eléctrica: electrical
machine
Materiales ferromagnéticos:
ferromagnetic materials
Motor de pasos: stepper motor
Par: torque
vocabulario
01 Maquinas electricas.indd 14 16/07/12 11:53

16. Magnetismo y electromagnetismo 15
Una representación de lo anterior es la siguiente:
B
H
Punto de saturación
magnética
Chapa de grano orientado
Chapa normal
Aire
a Figura 1.23. Curvas de magnetización.
En la figura anterior se observan las curvas de dos tipos de materiales (chapa de
grano orientado y chapa de grano no orientado) y, además, se compara con la
del aire, que en lugar de ser una curva es una línea recta cuya magnetización es
pequeña respecto a la de los dos materiales ferromagnéticos. En las dos primeros
curvas se observa cómo la chapa de grano orientado tiene mejor magnetización
para el mismo paso de corriente.
actividades
3. Observa la curva de magnetización de diferentes tipos de materiales y aleaciones ferromagnéticas facilitada por
el fabricante de imanes NAFSA S.L. en su catálogo general.
H = intensidad del campo magnético (AV/cm)
B = inducción (Teslas)
0
1
2
0 50 100 150
H (AV/cm)
B
(Tesla)
Armco Telar 57 St37
St60 Acero colado
Fundición maleable 20MnCr5
Hierro colado
NAFSA S.L.
a Figura 1.25. Curvas de magnetización para diferentes materiales (Cortesía NAFSA S.L.).
Responde a las siguientes preguntas:
a Figura 1.24. Chapa magnética
utilizada para la construcción de
transformadores.
a. ¿Cuál es el material, de los indicados, que mues-
tras mejores características de magnetización?
b. ¿Cuál es el peor?
c. ¿A qué valor aproximado de intensidad de cam-
po se satura el acero colado?
d. ¿Y el Armco Telar 57?
e. ¿Cuál es valor máximo conseguido para B?
f. ¿Y el menor?
La curva de magnetización es,
como su nombre indica, una cur-
va en la que se muestra cómo se
comporta un material cuando es
sometido a los efectos de un cam-
po magnético. Representa la evolu-
ción de la inducción magnética en
función de la intensidad de campo.
recuerda
01 Maquinas electricas.indd 15 16/07/12 11:53

17. 16 Unidad 1
3.10. Permeabilidad magnética
Es la capacidad que tienen los materiales de magnetizarse o facilitar el paso de
las líneas de fuerza a través de ellos. En cierto modo, se puede decir que la per-
meabilidad magnética es la magnitud contraria o inversa de la reluctancia. De
este modo se puede afirmar que unos materiales son más permeables que otros a
los campos magnéticos.
Esta magnitud se representa por la letra griega µ (Mu) y tiene como unidad el
henrio/metro (H/m). Matemáticamente es la relación que existe entre la in-
ducción B y la intensidad de campo magnético H, denominándose en este caso
permeabilidad absoluta.
µ =
B
H
La permeabilidad no es una magnitud constante, ya que depende en gran me-
dida del campo magnético aplicado. Así, si su curva se representa en la misma
gráfica que la de la magnetización, ya que la permeabilidad depende también
de los valores de B y H, se observa cómo es mayor en la primera zona de la
magnetización y disminuye radicalmente una vez que se ha superado el punto
de saturación.
B
H
Curva de magnetización
Permeabilidad µ (H/m)
a Figura 1.26. Curva de permeabilidad comparada con la de imanación.
3.11. Histéresis magnética
Cuando un material ferromagnético es sometido a los efectos de un campo mag-
nético externo, como puede ser el inducido por una bobina, este presenta una
magnetización que se mantiene mientras duran dichos efectos. Sin embargo,
cuando el campo cesa, los materiales presentan aún, en mayor o menor medida,
indicios de imanación. A este fenómeno se le denomina remanencia y es la
capacidad que tienen los materiales ferromagnéticos de mantener los efectos de
magnetización una vez ha finalizado la acción que los ha generado.
La remanencia es favorable para la creación de imanes permanentes, sin embargo,
para la fabricación de electroimanes y núcleos de máquinas eléctricas puede ser
muy perjudicial produciendo pérdidas de energía por exceso de calor. Por este
motivo es de gran importancia la selección adecuada del material en función de
la aplicación en la que se va a utilizar.
Se denomina permeabilidad
relativa (μr
) a la relación entre la
permeabilidad absoluta y la per-
meabilidad en vacío o constante
magnética (μ0
).
μr
=
μ0
μ
saber más
Si bien una alta remanencia es
un dato adecuado para los ima-
nes permanentes, no lo es tanto
para la construcción de máquinas
eléctricas, ya que requieren que
los efectos de imanación desapa-
rezcan cuanto antes una vez haya
cesado la causa que los generó.
caso práctico inicial
01 Maquinas electricas.indd 16 16/07/12 11:53

18. Magnetismo y electromagnetismo 17
El estudio de la remanencia se realiza mediante el análisis de lo que ese de-
nomina histéresis magnética. Este proceso consiste en conocer y representar
gráficamente, mediante el denominado ciclo de histéresis, el comportamiento
de un material ferromagnético que se encuentra sometido a la acción de un
campo magnético en el que se van modificando progresivamente los valores
de B y H.
c
H +
H -
B +
B -
1
2
3
4
5
6
7
0
BR
-BR
-HC
HC
M
m
a Figura 1.27. Ciclo de histéresis.
Se debe disponer de un material que no haya sido sometido anteriormente a los
efectos de un campo magnético para que sea nula su magnetización inicial.
A continuación se explica en qué consiste el efecto de histéresis magnética en
base al gráfico de la figura anterior.
1. Partiendo desde el punto 0, los valores para B y H van aumentando progresi-
vamente. Así, si se van adquiriendo pares de valores para estas dos magnitudes,
se observa cómo la curva de imanación progresa de la forma representada en
la figura como (1).
2. Una vez que se ha alcanzado el punto de saturación M, se disminuyen progresi-
vamente los valores para B y H con la misma pauta utilizada para la curva (1).
En este caso se observa que cuando H es nuevamente 0, el campo B no lo es,
presentándose en este caso un valor BR
debido al correspondiente magnetismo
remanente. En este caso no existe excitación y, sin embargo, se mantienen los
efectos de magnetización en el material sometido al ensayo.
3. Así, si se continua asignado valores negativos a la intensidad de campo H, el
campo es nulo cuando se llega al punto –Hc. Este valor es el correspondiente
01 Maquinas electricas.indd 17 16/07/12 11:53

19. 18 Unidad 1
al denominado campo coercitivo (que es de sentido contrario o negativo) y es
el que se debe dar a H para conseguir que desaparezca por completo la rema-
nencia del material.
4. Si se continua asignado valores negativos para B y H, se llega hasta el punto
de saturación m que es de signo contrario al alcanzado en la primera parte del
ciclo (M).
5. A partir de este punto, se disminuye la asignación de valores para B y H, ob-
servándose que cuando la intensidad de campo H vuelve a tener valor cero, el
campo B mantiene el valor –BR
, que es el magnetismo remanente de polaridad
contraria al observado en el tramo 3 de la curva.
6. Así, si se siguen asignado valores, positivos para H y negativos para B, se al-
canza el punto Hc
correspondiente al campo coercitivo (en sentido contrario)
que se debe asignar para que el material pierda la remanencia.
Los materiales ferromagnéticos pueden clasificarse como blandos o duros en fun-
ción de si pierde o no su remanencia con facilidad. Así, el material para fabricar
un imán permanente debe se de tipo duro, con un campo coercitivo grande para
evitar que se sea desmagnetizado con facilidad. Sin embargo, los materiales para
la construcción de núcleos en máquinas rotativas o transformadores deben se de
tipo blando, ya que su remanencia debe ser la menor posible.
H +
H -
B +
B -
BR
0
-BR
-HC
HC
m
M
a Figura 1.28. Ciclo de histéresis para un material magnéticamente duro.
En los materiales ferromagnéticos, y por tanto también en las máquinas eléctri-
cas, deben tenerse en cuenta las pérdidas por histéresis que se manifiestan en for-
ma de calor, y que son mayores cuanto más grande es el área que abarca la curva
del ciclo de histéresis. De esta forma, se deduce que las máquinas eléctricas que
01 Maquinas electricas.indd 18 16/07/12 11:53

20. Magnetismo y electromagnetismo 19
generan campos muy variables (como son las de corriente alterna), deben estar
construidas con materiales blandos cuyo ciclo de histéresis sea lo más estrecho
posible.
H +
H -
B +
B -
BR
-BR
-HC
HC
M
m
0
a Figura 1.29. Ciclo de histéresis para un material magnéticamente blando.
3.12. Corrientes parásitas o de Foucault
En un núcleo ferromagnético que se encuentra sometido a la acción de un
campo eléctrico se producen una serie de corrientes inducidas que circulan en
forma de bucle o torbellino en el interior del núcleo. Estas corrientes generan
campos magnéticos que se oponen al campo exterior y provocan que los elec-
trones choquen de forma continuada contra las cargas eléctricas de material
ferromagnético generando calor y, por consiguiente, las correspondientes pér-
didas de energía.
a Figura 1.30. Corrientes parásitas de valor
elevado en un núcleo macizo.
Las corrientes de Foucault deben su
nombre al científico francés que las
descubrió en 1851. No obstante,
también se las conoce como corrien-
tes parásitas o corrientes torbellino.
saber más
a Figura 1.31. Detalle de núcleo de
chapas magnéticas.
01 Maquinas electricas.indd 19 16/07/12 11:53

21. 20 Unidad 1
Si en las máquinas eléctricas se utilizaran núcleos de hierro macizo, las corrientes
parásitas serían tan elevadas que el calor producido generaría pérdidas enormes.
Por este motivo, las máquinas, especialmente las de corriente alterna, se constru-
yen con finas chapas de hierro al silicio aisladas entre sí que disminuyen de forma
considerable las corrientes de Foucault.
a Figura 1.32. Corrientes parásitas de pequeño
valor en chapas magnéticas.
3.13. Fuerza ejercida sobre un conductor por el que circula
una corriente
Si un conductor por el que circula una corriente eléctrica es sometido a un campo
magnético, este conductor tiende a salir de dicho campo en el sentido dado por la
regla de la mano izquierda de los tres dedos. Dicha regla se aplica de la siguiente
manera: con el dedo índice se indica el sentido del campo, con el dedo pulgar el
sentido de la fuerza o movimiento ejercicio en el conductor y con el dedo medio
el sentido de la corriente eléctrica.
ejemplo
Si al conductor de la figura se le aplica una corriente eléctrica en el sentido
indicado (flecha verde) y se conoce el sentido del campo magnético (flecha
violeta), se observa, utilizando la regla de la mano izquierda, que el movimiento
del conductor es hacia arriba (flecha azul).
F
B
B
I
N
S
I
B
F
B
a Figura 1.34. Ejemplo de aplicación de la regla de la mano izquierda.
En las máquinas eléctricas las
corrientes de Foucault son un efec-
to no deseado que hay que intentar
minimizar para evitar una excesiva
pérdida de energía por calor. Sin
embargo, en algunas ocasiones,
como es el caso de las cocinas vitro-
cerámicas de inducción, este fenó-
meno es aprovechado precisamen-
te para todo lo contrario, generar
el suficiente calor para ser capaz de
cocinar los alimentos.
A la regla de los tres dedos de la
mano izquierda también se la lla-
ma regla de Fleming en homenaje
al científico que ideó su utilización.
saber más
saber más
B
F
I
a Figura 1.33. Regla de la mano
izquierda.
01 Maquinas electricas.indd 20 16/07/12 11:53

22. Magnetismo y electromagnetismo 21
También se puede representar de forma esquemática y simplificada marcado sobre
el papel el sentido del campo. Así, una (X) se indica que el campo es entrante y
un punto (·) que es saliente.
Campo entrante Campo saliente
a Figura 1.35. Representación del sentido del campo.
3.14. Fuerza ejercida sobre una espira por la que circula
una corriente
Si en lugar del conductor rectilíneo visto anteriormente, se introduce una
espira (o bobina), también llamada cuadro móvil, en el interior del campo
magnético, cuando por ella circula una corriente, se produce un par de fuerzas,
una en cada uno de sus lados activos, que tiende a mover la espira para sacarla
del campo.
ejemplo
Si se desea representar de forma esquemática cómo actúa un campo magnéti-
co sobre un conductor que es recorrido por una corriente eléctrica, habrá que
tener en cuenta algunos datos.
En este ejemplo el campo es entrante, es decir, que apunta en dirección al
papel en el que está representado, ya que se indica mediante (X). El sentido
de corriente del conductor es de izquierda a derecha. Por tanto, si se aplica la
regla de la mano izquierda, se comprueba que el movimiento F del conductor
es hacia arriba.
B
F
I
Conductor
a Figura 1.36. Representación simplificada de la
aplicación de la regla de la mano izquierda.
La fuerza F obtenida en el conduc-
tor es el producto de tres factores:
la corriente que circula por el con-
ductor, la longitud del mismo y el
valor de la inducción del campo
magnético.
F = I · l · B
Si el conductor no corta las líneas
de fuerza perpendicularmente,
debe ser tenido en cuenta el ángu-
lo de inclinación (a), por tanto, la
fuerza quedaría:
F = I · l · sen a
Es importante no confundir F con
la fuerza magnetomotriz estudia-
da anteriormente.
saber más
01 Maquinas electricas.indd 21 16/07/12 11:53

23. 22 Unidad 1
Así, si se aplica la regla de la mano izquierda en ambos lados activos de la espira,
se comprueba que las dos fuerzas tienen sentido opuesto. De tal forma, que si a
la espira se le coloca un eje central, la acción de dichas fuerzas provoca que esta
gire sobre él. Para que el sentido de la corriente se mantenga al producirse esta
rotación, es necesario disponer de un sistema de conmutación, llamado colector,
conectado a los bornes de la espira o bobina. De esta forma, aunque se produzca
el giro, la polaridad de la alimentación siempre se mantiene, y con ella el sentido
de la corriente en ambos lados de la espira.
N
Elemento de
conmutación
Espira
Eje
F
F
B
I
I
F
B
S
a Figura 1.38. Par de fuerzas de una bobina sometida a un campo magnético.
El efecto aquí descrito es el principio de funcionamiento de los motores eléc-
tricos.
Observando algunas de las partes de la espira se obtiene lo siguiente:
1. En los dos lados de la espira que están en línea con el campo (por el que se
aplica la alimentación y por el que une las dos caras activas), se produce un
par de fuerzas que son de igual magnitud y de sentido contrario, por lo que el
efecto es nulo sobre el funcionamiento del conjunto.
2. El valor del par de fuerzas F puede calcularse por la expresión:
F = I · m · B
Donde I es la corriente que circula por el conductor, m es la longitud de uno
de los lados activos de la espira y B la inducción del campo.
3. El momento de fuerzas o par se puede calcular mediante la siguiente expre-
sión:
M = I · S · B · sen a
Donde M es el momento de fuerzas medido en Nm, I es la corriente en ampe-
rios, S es la superficie de la espira en m2
, B el campo y a el ángulo que forma
el plano perpendicular del circuito de la bobina con las líneas del campo
magnético.
3.15. Fuerza electromotriz inducida en un conductor
Faraday comprobó que si un conductor eléctrico se mueve en el seno de un campo
magnético, en ambos extremos del conductor se acumulan cargas eléctricas de
diferente signo, produciendo así una fuerza electromotriz que genera a su vez una
diferencia de potencial obtenida en voltios.
F
F
m
Espira
E E
α
a Figura 1.39. Detalle de la espira.
a Figura 1.40. Ángulo espira –
campo.
Para la conexión de los devanados
del rotor se utiliza un sistema de
colector o de anillos, sobre el que
se apoyan unas escobillas para
hacer la conexión eléctrica aunque
la máquina gire a gran velocidad.
caso práctico inicial
a Figura 1.37. Detalle del colector
de delgas para alimentar el indu-
cido de una máquina de corriente
continua.
01 Maquinas electricas.indd 22 16/07/12 11:53

24. Magnetismo y electromagnetismo 23
A esta fuerza se la denomina electromotriz inducida (E o f.e.m.) y es directamente
proporcional al campo B, a la longitud de conductor l y la velocidad v a la que
se desplaza.
E = B · I · v
Para comprobar cómo se mueven las cargas y, por tanto, cómo queda polarizado
el conductor, se utiliza la regla de la mano derecha. Así, con el dedo pulgar se
indica el sentido del movimiento o velocidad del conductor, con el dedo índice
el sentido del campo y con el dedo corazón el sentido de la corriente, que es lo
mismo que decir, el sentido de la fuerza electromotriz.
v (F)
v (F)
E (I)
B
E (I)
B
S
N
B
a Figura 1.42. Sentido de la fuerza electromotriz en un conductor.
B
V (F)
E (I)
a Figura 1.41. Regla de la mano
derecha.
ejemplo
De igual forma, si es el campo el que se mueve y el conductor eléctrico el que se
mantiene fijo, se generará fuerza electromotriz mientras exista movimiento. Así,
en el ejemplo de la figura, se muestra cómo al introducir un imán en una bobina
estática por ella circula una corriente eléctrica. De igual forma, si el imán sale,
se genera dicha corriente, pero en este caso de sentido contrario a la anterior.
Si el imán deja de moverse, incluso en el interior de la bobina, no se produce
ninguna corriente.
Introducir imán
I
I
Sacar imán
I
I
N
S
N
S
a Figura 1.43. Generación de f.e.m. con un campo móvil.
01 Maquinas electricas.indd 23 16/07/12 11:53

25. 24 Unidad 1
De igual forma, si se hace girar una espira en el interior de un campo magnético
fijo, cada vez que una de sus caras activas corta las líneas de fuerza, se genera en
ella una fuerza electromotriz.
Giro de la espira
α
Eje sobre el que gira la espira
F
F
B
I
I
S
N
F
B
a Figura 1.44. Espira en movimiento en un campo magnético.
En este caso el valor de E es directamente proporcional al valor del campo B, a la
superficie de la espira S, a la velocidad angular a la que gira ω y al seno del ángulo
que forma en cada momento con las líneas magnéticas.
E = B · S ·ω · sen a
El sentido de la fuerza electromotriz en cada uno de los haces activos de la bobina
se obtiene aplicando sobre ellos la regla de la mano derecha de la misma forma
que se ha explicado para el conductor rectilíneo.
Si en lugar de una espira lo que se mueve en el seno del campo magnético es una
bobina, la fuerza electromotriz resultante es la suma de todas las fuerzas electro-
motrices parciales de cada de espiras (N) que la forman. Así, la expresión es:
Ebobina
= B · S ·ω · N · sen a
ejemplo
La figura muestra cómo una espira corta las líneas de fuerza para diferentes
valores del ángulo a. En el caso A, como el ángulo es de 90º, el valor del seno
será 1, por lo que el valor de la fuerza electromotriz generada E es el máximo.
En el caso B, el ángulo es de 45º, por lo que el seno será menor que 1, por
tanto, E es de menor valor que en el caso A. Y, por último, si el ángulo es 0º, el
valor de seno será nulo, lo que significa que el valor de la fuerza electromotriz
también será nulo.
B B B
A B C
α = 90º α = 45º α = 0º
a Figura 1.45. Diferentes posiciones de una espira en el seno de un campo magnético.
01 Maquinas electricas.indd 24 16/07/12 11:53

26. Magnetismo y electromagnetismo 25
Cuando el conductor se mueve en el campo magnético, la acción del flujo varía
sobre él. Así, se puede afirmar que siempre que hay una variación de flujo, se pro-
duce una fuerza electromotriz en el conductor. Teniendo en cuenta este efecto,
se observa que no es necesario mover el conductor o el campo para obtener una
corriente eléctrica. Simplemente variando el flujo y manteniendo estáticos todos
los elementos que intervienen, se consiguen los mismos efectos.
3.16. Autoinducción
Cuando una bobina es recorrida por una corriente eléctrica, en cada una de sus
espiras aparece un campo magnético que afecta a las espiras contiguas, generando
así una corriente eléctrica inducida. Si la corriente que circula por el conductor es
variable, el flujo también varía y, por tanto, se produce una fuerza electromotriz
denominada autoinducida que, según la ley de Lenz, se opone a la causa que la
produce. Esto significa que si la corriente es de tipo continuo, no existe variación
de flujo y, por tanto, no se presentan los efectos de autoinducción.
A la capacidad que tiene la bobina de generar la fuerza electromotriz inducida,
se le denomina coeficiente de autoinducción, que se representa con la letra L, se
mide en henrios (Hr) y se puede calcular por la expresión:
L = N ·
Φ
I
Donde N es el número de espiras de la bobina, Φ es el flujo e I es la corriente
eléctrica.
ejemplo
En el caso del circuito de la figura, la variación del campo se realiza por medios
eléctricos, como puede ser la conexión de una resistencia variable de potencia
o reóstato en serie con la bobina del electroimán que lo genera.
N
I
I
I
I
Menor flujo Mayor flujo
Excitación Excitación
Bobina
Inducida
Bobina
Inducida
a Figura 1.46. Sentido de la corriente inducida en función de la variación de flujo.
De este modo, si se actúa sobre el reóstato, también se modifica la corriente
de la bobina de excitación. Así, el flujo aumenta o disminuye en consecuencia,
induciendo una fuerza electromotriz en la bobina y, por tanto, un paso de
corriente eléctrica por sus espiras, cuyo sentido está en función del aumento o
disminución del flujo.
01 Maquinas electricas.indd 25 16/07/12 11:53

27. 26 Unidad 1
4. Clasificación de máquinas
eléctricas
Las máquinas eléctricas tradicionalmente se han clasificado en dos grandes gru-
pos: estáticas y rotativas. En las próximas unidades se darán detalles constructivos
y de funcionamiento de muchas de ellas, no obstante, aquí se establece esta clasi-
ficación incluyendo los diferentes tipos que existen en la actualidad.
4.1. Máquinas estáticas
Basan su funcionamiento en la inducción estática de la fuerza electromotriz. En
este tipo de máquina ninguno de sus elementos realiza movimiento o desplaza-
miento mecánico.
La máquina estática por excelencia basada en electromagnetismo es el transfor-
mador, que a su vez se puede clasificar en:
TRANSFORMADORES
Según sistema de corriente
Monofásicos
Trifásicos
Según el tipo de aplicación
Elevadores
Reductores
De impedancia
De medida
De aislamiento
De distribución
etc.
Según su construcción
De columnas
Autotransformador
Toroidal
etc.
Como hemos visto, existe una gran variedad de transformadores, aunque todos se
basan en los mismos principios.
a Figura 1.47. Transformadores monofásico y toroidal (Cortesía de López S.R.L. y Direct Industry).
01 Maquinas electricas.indd 26 16/07/12 11:53

28. Magnetismo y electromagnetismo 27
4.2. Máquinas rotativas
Son aquellas que convierten la energía eléctrica en mecánica, o viceversa. A las
primeras se les denomina motores y a las segundas generadores.
Si bien la clasificación de este tipo de máquinas puede hacerse en base a diferen-
tes criterios (tipo de corriente, aplicaciones, etc.), aquí se ha optado por la basada
en estos dos grupos: motores y generadores.
MÁQUINAS ROTATIVAS
Generadores
Generadores CC
(Dinamos)
Serie
Shunt
Compund
Excitación Independiente
Alternadores (AC)
Trifásicos
Monofásicos
Motores
Corriente alterna
Síncronos
Asíncronos
Monofásicos
Trifásicos
Corriente continua
Serie
Shunt
Compund
Excitación Independiente
Universal
Paso a paso (PaP)
Brushless
Si bien la clasificación de las máquinas eléctricas rotativas a menudo se hace
en función del tipo de corriente con el que trabajan (continua y alterna), en la
actualidad existen algunas de ellas que son difíciles de clasificar en este sentido,
como con los denominados motores Paso a Paso (PaP) o los motores Brushless.
Ambos tipos de máquinas son alimentados y controlados mediante acciona-
mientos de tipo electrónico, los cuales se encargan de generar los pulsos y señales
necesarios para excitar el circuito magnético del motor.
a Figura 1.50. Motor de gran potencia. a Figura 1.51. Motor en máquina industrial.
a Figura 1.48. Circuito magnético
del estator de una máquina rotati-
va de corriente alterna.
a Figura 1.49. Circuito magnético
del rotor de una máquina rotativa
de corriente alterna.
01 Maquinas electricas.indd 27 16/07/12 11:54

29. 28 Unidad 1
ACTIVIDADES FINALES
1. Realiza la actividad propuesta en la práctica profesional.
2. Di cuál es la polaridad del campo magnético generado por las siguientes bobinas teniendo en cuenta el
sentido de la corriente indicado en cada una de ellas.
A B C D
a Figura 1.52.
3. ¿Qué fuerza magnetomotriz se generará en cualquiera de las bobinas del ejercicio anterior sabiendo que
por ellas circula una corriente de 3 A y que cada espira tiene una longitud de 10 cm?
4. Utilizando los materiales de la lista que se indica a
continuación, realiza lo siguiente: monta un balan-
cín de hilo de cobre de 1,5 mm2
sobre dos cánca-
mos atornillados en un listón de madera como se
muestra en la figura. Sitúalo bajo la influencia de un
imán en forma de herradura. Alimenta el circuito
utilizando dos latiguillos con pinzas de cocodrilo
desde la pila y observa qué ocurre cuando se cam-
bia la polaridad tanto de la alimentación como del
campo generado por el imán.
Lista de materiales
• Pila de 4.5 V
• 20 cm de hilo rígido de 1,5 mm2
• Imán de herradura
• Listón de madera
• 2 latiguillos con pinzas de cocodrilo
• 2 cáncamos abiertos
5. Las siguientes figuras representan un conductor rectilíneo por el que circula una corriente eléctrica que se
encuentra bajo los efectos de un campo magnético. Representa sobre ellas cuál es en cada caso el sentido
de la fuerza ejercida sobre el conductor.
B B B B
I I
I I
a Figura 1.54.
6. Por un conductor de 36 cm de longitud circula una corriente eléctrica de 5 A, ¿qué fuerza desarrollará el
conductor si se le somete a un campo magnético de 1,12 T?
7. ¿Qué intensidad de campo magnético H presentará un núcleo toroidal de 20 cm de diámetro interior y
30 cm de diámetro exterior?
S
N
S
N
Cáncamo
Balancín de
hilo de 1,5 mm2
Latiguillo de conexión
Pila
Imán
J.C.M.Castillo
Listón de madera
a Figura 1.53.
01 Maquinas electricas.indd 28 16/07/12 11:54

30. Magnetismo y electromagnetismo 29
8. En un ensayo con tres materiales ferromagnéticos se han obtenidos los resultados indicados en la siguiente
tabla. Dibujar sobre una hoja de papel milimetrado las curvas de magnetización de los tres materiales y
averiguar cuál de ellos es el que mejores condiciones de magnetización presenta. ¿Cuál es el punto de
saturación para cada uno de los materiales?
H
(Av/m)
B (T)
Material 1 Material 2 Material 3
0 0 0 0
25 0,2 0,3 0,3
40 0,4 0,43 0,4
60 0,6 0,65 0,6
70 0,8 0,88 0,7
100 1 0,98 0,82
200 1,25 1,15 0,96
300 1,35 1,22 0,97
400 1,4 1,28 0,98
500 1,42 1,3 0,99
600 1,44 1,32 1
700 1,46 1,33 1,01
800 1,48 1,34 1,022
900 1,5 1,35 1,03
1000 1,52 1,36 1,044
1100 1,55 1,37 1,055
9. ¿Qué valores de permeabilidad magnética presentan los tres materiales de la actividad anterior cuando la
intensidad de campo magnético H es de 25, 100, 400 y 1000 Av/m?
entra en internet
10. Entra en la siguiente dirección de Internet y observa detenidamente el vídeo en el que se explican, de
forma práctica, los principios fundamentales del magnetismo y electromagnetismo.
Fuente: YouTube
Título del vídeo: Campo magnético e inducción electromagnética-Ciencia en Acción 2007
Dirección: http://youtu.be/V9v2KBjXyc0
11. Haz lo mismo para la siguiente dirección en la que se explican los principios básicos de los transformadores.
Fuente: YouTube
Título del vídeo: TRANSFORMADORES DE CORRIENTE ELÉCTRICA, Fundamentos, tipos, aplicaciones
Dirección: http://youtu.be/nLxfWdGCiuY
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31. 30 Unidad 1
PRÁCTICA PROFESIONAL
comprobación del campo
magnético generado
en una bobina
OBJETIVO
Montar un sencillo motor eléctrico basado en una bobina sin núcleo. El montaje
permitirá comprobar el principio de generación de campo magnético estudiado
en la unidad.
PRECAUCIONES
• Utiliza las herramientas de corte siguiendo las indicaciones de seguridad dic-
tadas por tu profesor.
• Retirar el aislante de hilo esmaltado para realizar una correcta conexión eléc-
trica.
DESARROLLO
1. Sobre el canutillo de 20 mm de diámetro o un manguito de medidas similares de los utilizados para unir tubos
rígidos de PVC en instalaciones eléctricas, crea una bobina de 15 espiras con el hilo esmaltado.
2. Saca la bobina del molde intentado que las espiras no se separen.
3. Deja unos 3 cm de hilo en cada uno de los extremos de la bobina.
4. Rodea todas las espiras con un par de tiras de cinta aislante para evitar que se desmonte el conjunto una vez que
la sueltes de la mano.
5. Utilizando una tijera retira unos 2 cm del esmalte en los dos extremos de la bobina.
6. Pela por completo el hilo rígido de 1, 5 mm2
y corta un par de tramos de unos 6 cm.
7. Utilizando el alicate de puntas moldea el soporte sobre el que se apoyará la bobina según la forma indicada en la
figura. Procura que ambos soportes tengan la misma altura.
HERRAMIENTAS
• Tijera de electricista
• Alicate de puntas planas
MATERIAL
• Un panel o listón de madera
• 30 cm de hilo rígido de 1,5 mm2
• 1 m de hilo de bobinar de 0,5 mm
• Un imán (por ejemplo,
el de un pequeño altavoz)
• Un par de tirafondos
• Canutillo de unos 20 mm
de diámetro
• Pila de 4,5 V
• Dos cables de prueba con pinzas
de cocodrilo en ambos extremos
a Figura 1.55. Creación de una bobina.
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32. Magnetismo y electromagnetismo 31
8. Utilizando los tirafondos fija sobre el tablero o listón de madera ambos soportes con una distancia que permita
apoyar sobre ellos los dos extremos de la bobina.
9. Apoya la bobina sobre los soportes asegurándote de que la parte que se ha retirado del esmalte hace contacto
con el hilo rígido.
10. Conecta los latiguillos con pinzas de cocodrilo a cada uno de los soportes.
a Figura 1.57. Montaje del conjunto.
11.Coloca el imán próximo a la bobina y conecta los extremos de los latiguillos a la pila. Mueve ligeramente la bo-
bina con un dedo para que comience a girar.
12.Con esta actividad podrás comprobar de forma experimental cuál es el principio básico de funcionamiento de
un motor eléctrico.
a Figura 1.56. Creación de los soportes en la base de madera.
a Figura 1.58. Colocación del imán.
a Figura 1.59. Bobina girando por el
efecto de repulsión del campo generado.
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33. 32 Unidad 1
MUNDO TÉCNICO
el tren de levitación magnética
El uso de imanes y electroimanes está presente en numerosas aplicaciones domésticas e industriales. Desde un
simple timbre o zumbador de llamada, hasta los precisos robots que se utilizan en los sistemas automatizados de
producción. Sin embargo, existen aplicaciones que tienen cierto grado de espectacularidad por lo que representan
técnica y socialmente, un ejemplo es el denominado Maglev o tren de levitación magnética.
El tren de levitación magnética es un medio de transporte experimental, aunque existen modelos dando servicio al
público. Su funcionamiento se basa en el uso de potentes campos magnéticos para desplazar un habitáculo a gran
velocidad y sin rozamiento sobre un sistema de raíles. Utiliza, por tanto, los fenómenos magnéticos de atracción y
repulsión, tanto para hacer que el tren levite o flote como para su propulsión.
El sistema utiliza dos circuitos de electroimanes, basados en superconductores, controlados por un complejo siste-
ma informático. Uno para hacer levitar el tren y que no exista rozamiento con las guías o raíles, y otro para propulsar
el tren en uno u otro sentido.
Si bien el sistema dispone de numerosas ventajas, como su alta velocidad de desplazamiento (500 Km/h), no está
exento de inconvenientes que impiden un desarrollo comercial más rápido:
• La generación de los potentes campos magnéticos consume elevadas cantidades de energía.
• Elevado coste de la infraestructura de guiado.
• De momento solamente se puede utilizar en trenes de pasajeros pequeños, ya que está muy limitada la carga
que puede desplazar.
c Figura 1.60. Tren
de levitación magnética
(Cortesía de Wikipedia).
c Figura 1.61. Maglev.
01 Maquinas electricas.indd 32 16/07/12 11:54

34. Magnetismo y electromagnetismo 33
EN RESUMEN
MAGNETISMO
Flujo magnético Inducción
magnética
Campo magnético
en un conductor
Campo
en una espira
Campo
en una bobina
Circuito magnético
Máquinas eléctricas
Intensidad
de campo magnético
Reluctancia
Permeabilidad
Curva de magnetización Curva de histéresis
Fuerza electromotriz
inducida
Campo magnético Electromagnetismo
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
1. El neodimio es un imán de los denominados:
2. La inducción magnética se mide en:
a. Teslas. b. Henrios. c. Maxvelios.
3. Para medir la inducción magnética se utiliza el:
4. La fuerza magnetomotriz se mide en voltios.
a. Sí. b. No.
5. Las corrientes de Foucault también se denominan:
6. Comparándola con un circuito eléctrico, la reluc-
tancia en un circuito magnético equivale a:
a. la tensión eléctrica.
b. la resistencia eléctrica.
c. la corriente eléctrica.
7. El campo coercitivo es:
a. la remanencia del material.
b. el ciclo de histéresis.
c. el campo necesario para quitar la imanación de un
material.
Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas
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35. Materiales y herramientas
del bobinador
2
vamos a conocer...
1. Materiales
2. Herramientas y utillaje del bobinador
3. Instrumentos de medida y comprobación
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Fabricación de una bobina con moldes
preformados
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Fabricación de una bobina con molde
de madera
MUNDO TÉCNICO
Fabricación automatizada de máquinas
eléctricas rotativas
y al finalizar esta unidad...
Conocerás cuáles son los conductores y aislantes
utilizados en el bobinado de máquinas eléctricas.
Identificarás los diferentes tipos de herramientas
y útiles usados en el taller de reparación de
máquinas eléctricas.
Conocerás cuál es la instrumentación requerida
en el taller de mantenimiento y reparación.
Construirás dos bobinas utilizando dos
procedimientos diferentes.
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36. 35
situación de partida
CASO PRÁCTICO INICIAL
Fermín y Abel, de la empresa MantenExpress, ya han comenza-
do a formarse para la nueva tarea que su jefe les ha encomen-
dado, es decir, para todo lo relativo al mantenimiento y repa-
ración de máquinas eléctricas. Lo primero que deben hacer es
reservar un espacio en su actual taller para realizar este tipo
de trabajos. En las últimas semanas han revisado catálogos
y webs de fabricantes para definir cuáles son los materiales,
herramientas e instrumentación de los que deben disponer
en su taller máquinas eléctricas. Dentro de los materiales han
observado que dos de ellos son esenciales, por un lado los
conductores eléctricos que constituyen los devanados, y por
otro los materiales dieléctricos que los aíslan. Dentro de la
dotación de herramientas han comprobado que deben adqui-
rir un buen número de ellas y con diferentes funciones. Entre
estas herramientas se encuentran, desde las destinadas a la
construcción de devanados hasta las que permiten ejecutar
su acabado adecuadamente, pasando por las de limpieza y
preparación del núcleo magnético. Además, como en otras
técnicas eléctricas, requieren una instrumentación que permita
y facilite la comprobación y localización de averías, tanto en la
puesta en marcha de las máquinas reparadas como en tareas
de mantenimiento en planta.
1. ¿Qué característica presenta el conductor utilizado
para rebobinar máquinas eléctricas?
2. ¿Es indiferente el espesor del dieléctrico en los hilos
esmaltados?
3. ¿Se comercializan estos conductores en función de su
sección, como ocurre con otros cables eléctricos?
4. ¿Qué hay que tener en cuenta en el momento de
elegir un material aislante?
5. ¿Qué se utiliza (regletas, cinta aislante, etc.) para
aislar las conexiones eléctricas en el interior de una
máquina eléctrica?
6. Fermín y Abel ha leído en algún lugar que una vez
rebobinada una máquina eléctrica es necesario bar-
nizarla, ¿cuál es el objetivo de dicha operación?
7. El principal mercado de trabajo de MantenExpres será
el de las máquinas eléctricas rotativas, ¿cuál es el tipo
de bobinadora que mejor se adapta a su rebobinado?
8. ¿Todas las bobinas se fabrican con un solo conductor?
9. ¿Existe alguna herramienta especíica para pelar el
hilo esmaltado?
10. ¿Es sencilla la extracción de los devanados de una
máquina rotativa cuyas bobinas se han quemado?
11. ¿Existe algún instrumento para comprobar el estado
de los devanados de una máquina rotativa?
estudio del caso
Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.
02 Maquinas electricas.indd 35 16/07/12 14:18

37. 36 Unidad 2
1. Materiales
Antes de comenzar a estudiar el funcionamiento de los diferentes tipos de má-
quinas eléctricas que se han nombrado en la unidad anterior, debes conocer los
materiales que necesita y utiliza un técnico bobinador.
Si bien en las próximas unidades se estudiará con detalle cómo realizar operacio-
nes de reparación y bobinado en el contexto de cada máquina, aquí conocerás de
forma genérica cuáles son los materiales que forman sus circuitos magnéticos y
eléctricos, y cómo se trabaja con ellos.
1.1. Hilo esmaltado
El hilo esmaltado es el conductor eléctrico por excelencia utilizado para la fabri-
cación de los circuitos electromagnéticos en todo tipo de máquinas eléctricas.
A pesar de que, aparentemente, parece estar desnudo, el hilo esmaltado se en-
cuentra aislado en toda su longitud por una fina capa de barniz. Por tanto, como
cualquier otro tipo de conductor aislado, para poder realizar su conexión será
necesario retirar dicho aislamiento.
a Figura 2.1. Hilo con parte del esmalte retirado.
Pueden ser de cobre o de aluminio. Si bien el cobre es el más utilizado, en aquellos
circuitos cuya ligereza es importante se fabrican con aluminio. No obstante, este
material presenta algunas desventajas con respecto al cobre: es difícil de soldar sin
herramientas especiales y es mucho menos resistente a las torsiones, lo que puede
facilitar su rotura o deformación al manipularse.
Al igual que otros materiales y dispositivos utilizados en electrotecnia, los con-
ductores esmaltados están estandarizados, siendo estas las principales normas
que describen su fabricación:
• IIEC 60317. Norma de la Comisión Electrotécnica Internacional. De uso en
Europa y Asia (excepto Japón).
• NEMA MW 1000. Norma de la asociación estadounidense National Electrical
Manufacturers Association. De aplicación en Norteamérica y en algunos países
sudamericanos.
• JIS C 3202. Norma de la Japanese Standards Association. De aplicación exclu-
siva en Japón.
El hilo esmaltado utilizado en máquinas eléctricas no siempre es de tipo circu-
lar, son numerosas las firmas comerciales que los fabrican con otras formas, por
ejemplo, con secciones cuadradas o rectangulares. Estas geometrías permiten
aprovechar mejor los espacios en los carretes (en el caso de los transformadores)
o los espacios en las ranuras (en el caso de las máquinas rotativas).
En el argot internacional al hilo de cobre esmaltado se le denomina como mag-
net wire (alambre de magneto), aunque comúnmente se le conoce como hilo de
bobinar.
La principal característica de un
conductor destinado a formar
parte de un núcleo magnético en
una máquina eléctrica, es que su
dieléctrico es un esmalte que se
encuentra aplicado en toda su
longitud.
caso práctico inicial
a Figura 2.2. Detalle de un bobina-
do con hilos esmaltados en el rotor
de una máquina rotativa.
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38. Materiales y herramientas del bobinador 37
Las principales características que se deben conocer sobre este tipo de conductor
son las siguientes:
• Diámetro. Los hilos esmaltados se distribuyen por su diámetro y no por su
sección en mm2
como ocurre con los conductores de línea utilizados en insta-
laciones convencionales (industriales y domésticas).
• Tipo y espesor del esmalte. Suelen fabricarse con barnices de poliéster, poliu-
retano o poliésterimida. Su espesor está definido en función de la tensión de
ruptura, estableciéndose así una clasificación en tres grados (grado 1, grado 2
y grado 3). Cuanto mayor es el grado, mayor es su grosor y, por tanto, también
la tensión de aislamiento.
Grado 1 Grado 2 Grado 3
Diámetro
del cobre
Diámetro
global
a Figura 2.3. Grados del hilo de bobinar.
Un fabricante suele dar el diámetro del conductor desnudo y un valor máximo y
mínimo para cada uno de los grados del aislante.
DIÁMETRO (mm)
Diámetro
cobre
desnudo
Diámetro global
Grado 1 Grado 2 Grado 3
0,15 0,162 0,171 0,172 0,182 0,183 0,193
• Valor térmico. Es el índice máximo de temperatura para que el aislante tra-
baje 20.000 horas. Por tanto, si se trabaja con un valor menor al indicado por
el fabricante, la vida del conductor aumenta en relación directa a este dato.
Algunos valores térmicos son: 90, 105, 130, 155, 180, 220 y 250 °C.
• Soldabilidad. Es la capacidad que tiene el conductor de unirse a otros con-
ductores o materiales mediante soldadura. Se suele expresar con el tiem-
po (en segundos) y los grados debe alcanzar el instrumento de soldadura
en dicho tiempo. Algunos ejemplos de este dato son: 2.0 s / 390 °C, 0.3 s /
370 °C, 0.2 s / 390 °C, etc.
• Peso. A diferencia de los conductores de línea, que se suelen adquirir por me-
tros, el hilo esmaltado se compra al peso. Por este motivo los fabricantes suelen
dar como dato la longitud aproximada para un 1 kg.
• Resistencia eléctrica nominal. Es la oposición que el conductor presenta ante
el paso de la corriente eléctrica. Este se da para una temperatura determinada
(por ejemplo: 20 °C) en Ω/m.
• Tensión de perforación del aislamiento. Es el valor en voltios por el cual se
deteriora, por perforación, el esmalte del conductor.
El hilo esmaltado se comercializa
por su diámetro y no por su sec-
ción como ocurre con otros con-
ductores eléctricos. Por otro lado,
para el rebobinado de máquinas
eléctricas es necesario conocer
también el espesor del aislante,
ya que de otra forma podría haber
problemas para alojarlo en un
determinado carrete o ranura de
un núcleo magnético.
caso práctico inicial
Los devanados de las máquinas
rotativas de gran potencia y tama-
ño que trabajan en circuitos de MT
(Media Tensión), están construidos
con bobinas de pletinas de cobre
en lugar de utilizar hilo esmaltado.
saber más
El peso de los carretes también se
encuentra normalizado, facilitan-
do así su comercialización al peso.
saber más
02 Maquinas electricas.indd 37 16/07/12 14:18

39. 38 Unidad 2
1.2. Carretes para el hilo esmaltado
Los carretes no solo sirven para empaquetar los hilos esmaltados y facilitar así
su distribución, sino que al estar normalizados en tamaños y formas, permiten
un mejor almacenaje y montaje en bobinadoras y devanadoras de cualquier
marca.
a Figura 2.4. Carretes de hilo esmaltado.
Se fabrican en diferentes tamaños y formas según se muestra en la figura:
Cilíndrico Bicónico Angular
d1
d2
L1 L2
a Figura 2.5. Diferentes tipos de carretes.
El hilo de pequeño diámetro se distribuye en carretes pequeños, reservándose los
de mayor tamaño para diámetros superiores.
1.3. Materiales aislantes
Los materiales aislantes utilizados en el mantenimiento y reparación de máquinas
eléctricas tienen como objetivo aislar los bobinados entre sí y estos con cualquier
parte del chasis de la máquina.
Pueden se de dos tipos: sólidos y líquidos. Dentro del primer grupo a su vez pue-
den ser rígidos o flexibles.
Al igual que otros materiales, los aislantes poseen una serie de características
técnicas que debe facilitar el fabricante. Las de mayor interés son:
• Espesor. Viene dado en milímetros (mm). Los materiales de tipo lámina flexi-
ble suelen ser desde 0,1 hasta 3,0 mm. Los de tipo rígido pueden llegar a tener
varios centímetros de grosor.
• Rigidez dieléctrica. Expresada en Kv/mm (Kilovoltios/milímetro), permite
conocer el límite de tensión donde el material pierde sus propiedades ais-
lantes.
Español-Inglés
Resinas y barnices: resins &
varnishes
Aislante: insulating
Hilos esmaltados: winding wires
Bobina: coil
Bobinado: wind
Diámetro global: overall diameter
Cobre: copper
vocabulario
Al elegir un material aislante hay
que tener en cuenta, principalmen-
te, el tipo de material del que está
compuesto, su espesor, su rigidez
dieléctrica y su comportamiento
ante las variaciones térmicas.
caso práctico inicial
02 Maquinas electricas.indd 38 16/07/12 14:18

40. Materiales y herramientas del bobinador 39
• Clase térmica. Es la temperatura máxima a la que puede ser sometido el material
sin que pierda sus propiedades aislantes. Está normalizada y se identifica con el
número máximo de grados. Hasta no hace mucho tiempo se denominaba utili-
zando una letra, por lo que en la siguiente tabla se muestra su equivalente en la
nomenclatura actual, ya que muchos fabricantes siguen utilizando la antigua.
Letra
identificadora
(antigua)
Clase
térmica (°C)
(actual)
Materiales
Y 90 Algodón y papel no impregnados en líquidos aislantes
A 105
Algodón y papel impregnados en líquidos aislantes,
poliuretano, acetato polivinílico
E 120 Esmaltes de resinas de poliuretano
B 130 Epoxy, poliuretano, materiales a base de poliéster
F 155 Materiales a base de mica, amianto y fibra de vidrio
H 180 Mica, vidrio, cerámica y cuarzo sin aglutinante
N 200 Poliéster-imida
R 220 Amida-imida
— 240
La clase térmica es aplicable a cualquier tipo de material utilizado como ais-
lante en instalaciones eléctricas domésticas e industriales, no obstante los per-
tenecientes a las clases B, F y H son los más utilizados en máquinas eléctricas.
Aislantes flexibles
Se presentan en forma de láminas de papel o cartón flexible, y se utilizan para
aislar los diferentes devanados de una máquina eléctrica entre sí, con el núcleo
magnético o con cualquier parte metálica que se encuentre próxima a ellos. Pue-
den ser diferentes de tipos y grosores.
Las principales características de los laminados flexibles deben ser:
• alta resistencia a la abrasión y a la rotura,
• buena resistencia térmica,
• alto poder dieléctrico,
• bajo índice de absorción de agua y humedad.
Uno de los aislantes flexibles más conocidos y utilizados desde hace muchos años
es el denominado papel o cartón Presspan (presspahn), que suele presentarse
combinado con otros materiales como, por ejemplo, con una película de poliéster.
a Figura 2.6. Diferentes tipos de
laminados flexibles (Cortesía de
Importaciones JL).
a Figura 2.7. Cartón Presspan con film de poliéster.
02 Maquinas electricas.indd 39 16/07/12 14:18

41. 40 Unidad 2
No obstante, existen otros materiales que tienen mejores prestaciones mecánicas
y eléctricas que pueden complementar o sustituir al Presspan en muchas de las
aplicaciones en las que se ha estado utilizando tradicionalmente.
Estos son algunos de ellos: Papel Crepe, Fibra vulcanizada, voltaflex, Kapton y
Nomex.
Cuñas y aislantes de ranura
Las cuñas y aislantes de ranura, también llamados cajetines, son materiales flexi-
bles preformados para que puedan ser utilizados de forma rápida en operaciones
de rebobinado de máquinas rotativas. Disponen de unas propiedades específicas
para que no puedan deformarse con facilidad.
Las cuñas se utilizan para tapar la ranura y así evitar que la bobina se salga. Los aislan-
tes de ranura se utilizan para aislar el núcleo metálico del devanado de la máquina.
a Figura 2.9. Cuñas aislantes para ranuras de
máquinas rotativas.
a Figura 2.10. Aislantes de ranuras.
Aislantes rígidos
Son materiales que se utilizan en la fabricación de determinados elementos de las
máquinas (cajas de bornes, construcción de carretes para devanados, separadores
de bobinas, etc.). Sin embargo, desde el punto de vista del mantenimiento y de
la reparación no tienen tanto interés como los de tipo flexible, ya que su uso es
mucho más ocasional.
Se distribuyen en placas de diferentes grosores y pueden ser de baquelita, fibra de
vidrio, mica, etc.
Tubos flexibles de fibra de vidrio
Conocidos también como macarrones, son fundas aislantes muy flexibles que se
utilizan para guiar los hilos en el interior de las máquinas eléctricas y cubrir y
aislar las conexiones entre ellos.
Están formados por trenzas de fibra de vidrio barnizadas con resina de silicona.
Se distribuyen en diferentes diámetros, grosores, colores, propiedades dieléctricas
y clase térmica.
En ningún caso las conexiones eléctricas de una máquina se deben cubrir utilizan-
do técnicas caseras, por ejemplo, usando cintas aislantes o regletas. Su uso puede
ser contraproducente, debido a que se pueden fundir con facilidad debido a los
efectos del calor generado por los devanados.
Español-Inglés
Aislamiento: insulation
Aislante de ranura: insulation slot
Aislamiento flexible: flexible
Insulation
vocabulario
Las cuñas se comercializan en dife-
rentes anchos, y vienen presenta-
das en tiras de varios metros para
que el operario las corte según sus
necesidades.
saber más
Para aislar conexiones (empalmes)
entre los diferentes devanados de
una máquina eléctrica se utilizan
tubos flexibles de fibra de vidrio.
En ningún caso se debe utilizar
cinta aislante para este cometido.
caso práctico inicial
a Figura 2.8. Tipos de cuña.
02 Maquinas electricas.indd 40 16/07/12 14:18

42. Materiales y herramientas del bobinador 41
Algunas variantes se muestran a continuación:
a Figura 2.11. Tubos flexibles. a Figura 2.12. Tubo con varios hilos esmalta-
dos en su interior.
Resinas y barnices
La aplicación de resinas y barnices a los devanados de las máquinas eléctricas
tiene los siguientes objetivos:
1. Penetrar por todas las capas del devanado aportado un aislamiento extra a
todo el conjunto, aislando conductores entre sí, y estos a su vez con el núcleo
magnético y con cualquier parte metálica del chasis de la máquina.
2. Aumentar la rigidez mecánica del conjunto, evitando así que cualquier ele-
mento del circuito eléctrico (espira, cable, unión, etc.) pueda moverse o
desplazarse por las vibraciones generadas en el funcionamiento normal de la
máquina.
a Figura 2.13. Detalle de la aplicación de barnices y resinas al inducido de
una máquina rotativa.
Algunas de las características que debe dar el fabricante sobre barnices y resinas
son: color (incoloro, dorado, amarillo, naranja, etc.), densidad, viscosidad,
clasificación térmica, tipo y tiempo de secado, perforación dieléctrica, tipo de
diluyente con el que se debe emplear, etc.
La impregnación de los devanados puede hacerse de diferentes formas:
• Por inmersión en cuba de impregnación. Consiste en sumergir por completo
el circuito magnético de la máquina en una cuba en la que se encuentra el
aislante líquido.
El barnizado tiene como principal
objetivo aumentar la rigidez mecá-
nica del conjunto, para así evitar
que cualquier elemento pueda
moverse o desconectarse, perjudi-
cando el funcionamiento normal
de la máquina.
caso práctico inicial
a Figura 2.14. Impregnación de es-
tatores por inmersión (Cortesía de
Royal Diamond).
La resina es un polímero orgánico,
mientras que el barniz es resina
que se puede disolver.
saber más
02 Maquinas electricas.indd 41 16/07/12 14:18

43. 42 Unidad 2
• Por goteo. Consiste en verter el barniz directamente sobre los devanados. Esto
puede hacerse de forma manual o estar automatizado en grandes producciones.
a Figura 2.15. Impregnación de inducidos por goteo.
• Por autoclave. Se utiliza un recipiente de paredes muy gruesas, como una olla
a presión de grandes dimensiones con cierre hermético en el que se realizan
reacciones industriales por vapor de agua.
• Por impregnación al vacío y presión (VPI). Es un proceso de impregnación
que está orientado a la fabricación en serie de máquinas eléctricas. No es ha-
bitual su uso en pequeños talleres.
• Por pulverizado a presión. A través de una pistola de aire a presión que pulve-
riza el barniz sobre la zona aplicar. Para pequeñas reparaciones también existen
tarros, en formato de aerosol, de reducido tamaño.
• Por aplicación manual. Mediante brochas o pinceles.
Una vez que los devanados de la máquina han sido impregnados, se debe esperar
a que se seque el barniz o resina. Así, el secado puede realizarse por dos métodos:
secado natural o secado al horno (o estufa).
En cualquier caso, con los dos métodos se obtienen resultados similares, por
tanto, dependiendo del barniz o resina a utilizar para la impregnación se deberá
utilizar un método u otro.
Cintas
Otra forma de aislar una bobina o una parte de un devanado consiste en enrollar
sobre él cinta de algodón de uno o varios centímetros de ancho. De esta forma,
además de aportar mayor aislamiento al devanado (que aumentará de forma
considerable una vez que haya sido impregnada de barniz), permite mantenerlo
como un bloque compacto, evitando que cualquier hilo se separe del conjunto.
A la operación de aplicar la cinta sobre el devanado se la conoce como zunchado.
Por este motivo, la cita destinada a este fin se denomina cinta de zunchar.
a Figura 2.16. Barniz de impreg-
nación de rápido secado al aire
(Cortesía de Royal Diamond).
a Figura 2.17. Cinta de algodón para zunchar.
02 Maquinas electricas.indd 42 16/07/12 14:19

44. Materiales y herramientas del bobinador 43
El principal problema que tienen las cintas textiles es su elevado deterioro tér-
mico con el tiempo. Por este motivo, en los últimos años han ido apareciendo
nuevos materiales, que si bien no sustituyen por completo a los tradicionales,
aportan nuevas características térmicas, mecánicas y dieléctricas que deben ser
tenidas muy en cuenta. Una muestra de ello es la cinta de poliéster/vidrio, tam-
bién conocido como vidrio hilado textil.
Cuerdas
El encordado de los devanados de una máquina eléctrica es una operación que se
realiza una vez introducidas todas las bobinas y efectuadas todas las conexiones
eléctricas. Consiste en coser las partes del devanado que quedan al aire para lo-
grar bloques compactos y que no se muevan por la acción de las vibraciones en el
funcionamiento normal de la máquina.
Para el cosido de los devanados de las máquinas eléctricas se utilizan: bramantes,
cordeles, cuerdas pequeñas, cintas de algodón estrechas o cordajes de fibras vege-
tales impregnados o no con silicona o poliéster.
a Figura 2.19. Cordajes.
El encordado no tiene en ningún caso una función de aislamiento entre partes de
una máquina. Sin embargo, se realiza con materiales aislantes para evitar que su
aplicación interfiera sobre los campos magnéticos generados en ella.
Aunque el uso de este tipo de materiales es la forma habitual de proceder para
realizar en el atado de los devanados de las máquinas rotativas, también es posible
recurrir a materiales modernos, como las bridas corredizas, y utilizarlas junto a ellos.
En las próximas unidades se ten-
drá la oportunidad de realizar el
encordado del devanado de un
estator.
saber más
a Figura 2.18. Ejemplo de encinta-
do de las bobinas polares de una
máquina de CC.
a Figura 2.21. Agujas para atar un
devanado.
c Figura 2.20. Detalle del co-
sido del devanado del estator
de una máquina CA.
Para atar el devanado de una má-
quina rotativa se deben utilizar
agujas específicas para este come-
tido. No obstante, el operario
también pude diseñarse su propio
sistema de cosido mediante alam-
bres o retales de hilo de bobinar.
saber más
02 Maquinas electricas.indd 43 16/07/12 14:19

45. 44 Unidad 2
2. Herramientas y utillaje
del bobinador
El técnico bobinador utiliza herramientas y útiles pertenecientes a diferentes
ámbitos técnicos, tanto mecánicos como eléctricos. Algunos de ellos son tan
comunes y familiares que no es necesario nombrarlos aquí. Sin embargo, sí se
describirán aquellos que son imprescindibles para ejecutar tareas propias de esta
especialización.
Las herramientas que se enumeran a continuación son las utilizadas en los talleres
de reparación y mantenimiento, no entrando en detalle en el ámbito de la ma-
quinaria automatizada para la fabricación en serie, ya que se sale de los objetivos
de este libro.
2.1. Bobinadoras
Son las herramientas destinadas a fabricar las bobinas de los devanados en los
diferentes tipos de máquinas eléctricas.
Si no se dispusiera de una bobinadora, habría que fabricarla, ya que aunque la
construcción manual de devanados es posible, sería una tarea altamente tediosa
y poco rentable.
Según su sistema motriz las bobinadoras pueden ser manuales o eléctricas.
Bobinadoras manuales
Son bobinadoras multifunción en las que el operario debe mover manualmente,
mediante una manivela, un sistema motriz basado en un juego de engranajes.
Este tipo de bobinadoras es muy utilizado en pequeños talleres de reparación, y se
puede utilizar tanto en la construcción de transformadores como en la de deva-
nados de máquinas rotativas.
a Figura 2.22. Bobinadora manual.
Independientemente del modelo, todas disponen de un contador de vueltas con
un botón de puesta a cero que permite, de una forma muy sencilla, controlar el
número de espiras que se han formado en la bobina en la que se está trabajando.
Existen diferentes tipos, pero las más comunes son las de contrapunto y las de
bobinado de eje al aire.
Todas las bobinadoras disponen de un trinquete, que se acciona manualmente
para detener temporalmente la operación del bobinado.
En esta unidad se nombrarán par-
tes de máquinas eléctricas que
aún no conoces. No te preocu-
pes por ello, lo importante es que
conozcas cuáles son los materia-
les, herramientas e instrumentos
que necesita un técnico para rea-
lizar labores para su reparación y
rebobinado.
importante
Español-Inglés
Bobinadora: winding machine
Contador: counter
Contrapunto: tailstock
Velocidad de desplazamiento:
traverse speed
Plato de embridar: bridling dish
Tendido de cables: wire run off
Aislante de ranura: slot insulation
vocabulario
a Figura 2.23. Bobina manual
(Cortesía de DUDEK).
02 Maquinas electricas.indd 44 16/07/12 14:19

46. Materiales y herramientas del bobinador 45
• Bobinadora de contrapunto. En este tipo la zona de trabajo se cierra con un
elemento móvil denominado contrapunto, que, mediante una punta cónica,
bloquea el eje principal una vez se ha ubicado el carrete o molde sobre el que
se va a bobinar.
Se utilizan para trabajos de precisión, como el devanado de pequeños transfor-
madores que no requieran bobinas excesivamente grandes.
En la siguiente imagen se muestran las partes de una bobinadora de este tipo.
00000
Contador de vueltas
con botón de puesta
a cero
Manivela
Eje roscado
Cuerpo de la
bobinadora
Fijaciones
Contrapunto
Soporte del contrapunto
Base móvil
del contrapunto Base para unir
bobinadora y
contrapunto
Mesa
Ajuste del contrapunto
a Figura 2.24. Partes de una bobinadora manual de contrapunto.
• Bobinadora de eje al aire. Este tipo no requiere que el eje se apoye sobre nin-
gún elemento de contrapunto. Se utiliza para la construcción de bobinas de
gran tamaño que no necesiten demasiada precisión.
Este tipo de bobinadora ha de instalarse en la esquina de la mesa de trabajo
para impedir que los accesorios y moldes que se monten sobre el eje colisionen
con ella.
00000
Contador de vueltas
con botón de puesta
a cero
Manivela
Eje roscado
Fijaciones
Trinquete
Mesa
a Figura 2.25. Partes de una bobinadora de eje al aire.
Bobinadoras eléctricas
Son utilizadas para realizar los devanados con mayor rapidez y precisión. En ellas
el sistema motriz está constituido por un motor eléctrico, que puede ser regulado
en velocidad para adaptarlo a diferentes tipos de hilos y moldes sobre los que
bobinar.
El trinquete de las bobinadoras
permite bloquear su uso, de modo
que se puede detener temporal-
mente la operación de bobinado
sin que se suelte ninguna de las
espiras del devanado.
saber más
Algunos fabricantes diseñan sus
bobinadoras de tal forma que el
sistema principal se pueda utilizar
tanto como bobinadora de eje al
aire como de contrapunto.
saber más
Las bobinadoras manuales de eje
al aire son más adecuadas para el
bobinado de máquinas rotativas,
ya que aceptan moldes para reali-
zar bobinas de gran tamaño.
caso práctico inicial
02 Maquinas electricas.indd 45 16/07/12 14:19

47. 46 Unidad 2
Las bobinadoras eléctricas disponen de un contador de vueltas electrónico,
además de numerosas posibilidades de ajuste como, por ejemplo, el paso del hilo
para la construcción precisa de devanados en carrete. Las más avanzadas están in-
formatizadas, siendo capaces de memorizar programas y ajustes para la ejecución
rápida de tareas predefinidas.
a Figura 2.26. Bobinadora eléctrica.
Dependiendo del tamaño del devanado a construir, las bobinadoras eléctricas
pueden ser de suelo o de sobremesa.
Accesorios para ejes de bobinadora
Son elementos que se fijan en el eje de la bobinadora para el ajuste y adaptación
de los diferentes moldes y/o carretes sobre los que se va a trabajar. Estos pueden
ser principalmente de dos tipos:
• Conos. Son elementos de relleno que facilitan la adaptación del elemento a
devanar en el eje de la bobinadora. Su punta cónica permite utilizar pequeños
moldes, como pueden ser los de los trasformadores, sin necesidad de realizar un
núcleo de fijación al eje.
• Discos o platos de embridar. Disponen de un orificio roscado y permiten fijar
el molde o carrete al eje, evitando así que este se mueva en las tareas de bobi-
nado. Su uso evita errores en el cómputo de las vueltas.
a Figura 2.28. Discos de embridar.
a Figura 2.27. Conos.
02 Maquinas electricas.indd 46 16/07/12 14:19

48. Materiales y herramientas del bobinador 47
2.2. Devanadores
Son útiles que permiten suministrar el hilo (o hilos) al puesto de bobinado, man-
teniendo en todo momento la tensión adecuada.
Los devanadores pueden ser de sobremesa o de pie. A su vez, pueden ser de carrete
fijo o rotativo. En cualquier caso, todos disponen de un sistema tensor basado
en un mecanismo de poleas y retenedores que guía el hilo y lo mantiene con la
tensión requerida.
J.C.M.Castillo
Carrete rotativo
Base
Sistema de fijación
del eje del carrete
Cuba
protectora
Tensor
Ojal para
el guiado
del hilo
Base para
el carrete
J.C.M.Castillo
Ajuste
del tensor
Regulador
de altura del
carrete
Regulación
cuba protectora
a Figura 2.29. Devanadores de carrete fijo y de carrete rotativo.
El uso de los devanadores evita que el esmalte de los hilos se dañe en el momento
de la construcción de la bobina. Además, como los hilos se mantienen con la ten-
sión adecuada, es posible echar el trinquete de la bobinadora, deteniendo el trabajo
temporalmente. De esta forma, no será necesario realizar operaciones adicionales,
tales como el atado del hilo al carrete o la anotación de las vueltas completadas.
Los devanados de las máquinas de gran potencia (y tamaño), en lugar de colocar
hilos de gran diámetro, se construyen a menudo mediante varios hilos bobinados en
paralelo. En estas ocasiones el sistema de devanado debe ser múltiple, como puede
ser el de tipo estantería. En este caso se instalan tantos carretes como hilos necesita
el devanado, suministrándose todos a la vez mediante un sistema de salida de hilos.
Salida
múltiple
de hilos
a Figura 2.30. Sistema de devanado múltiple.
Es habitual que en las máquinas
de gran tamaño y potencia se uti-
licen varios hilos esmaltados en
paralelo en lugar de uno de diá-
metro superior.
caso práctico inicial
02 Maquinas electricas.indd 47 16/07/12 14:19

49. 48 Unidad 2
2.3. Moldes de bobinas
Los moldes de bobinas son elementos preformados que permiten crear las bobi-
nas, o grupos de bobinas, de los devanados de una forma sencilla. De este modo
no es necesario recurrir a otras técnicas más caseras, como pueda ser la construc-
ción de moldes mediante bloques de madera.
Existen moldes para crear grupos de bobinas excéntricas o concéntricas. Estos se
atornillan o ajustan sobre unas regletas lineales graduadas que se instalan a su vez
sobre el eje de la bobinadora.
a Figura 2.34. Moldes instalados en una bobinadora.
Algunos técnicos bobinadores utilizan moldes de madera autoconstruidos, ya que
la bobina podría diseñarse con un tamaño y forma más precisos que los consegui-
dos con otro tipo de moldes.
EJEMPLO
En la siguiente imagen se muestra cómo debe pasarse el hilo por el siste-
ma de poleas y retenedores del tensor de un devanador para suministrar
de forma correcta el hilo en una operación de bobinado.
Hilo del carrete
Hilo al devanado
en construcción
Ajuste rueda de freno
a Figura 2.32. Guiado del hilo en el sistema de poleas del tensor.
La rueda de freno está formada por dos discos forrados internamente de fieltro.
La separación entre ellos es ajustable mediante un mando manual. Así, en fun-
ción de cómo se regule este elemento, el hilo sale con más o menos suavidad
del sistema devanador.
a Figura 2.31. Devanador con ten-
sor (Cortesía de DUDEK).
a Figura 2.33. Diferentes tipos de
moldes para la construcción de bo-
binas.
02 Maquinas electricas.indd 48 16/07/12 14:19

50. Materiales y herramientas del bobinador 49
2.4. Máquina eléctrica de pelado de hilo esmaltado
Las conexiones eléctricas entre conductores, y entre estos y los bornes de las má-
quinas, deben hacerse retirando previamente el esmalte protector. Si bien esta
operación puede hacerse mediante raspado del mismo utilizando una lija u otro
elemento cortante, lo ideal es utilizar una herramienta rápida y precisa diseñada
específicamente para tal fin, como puede ser la peladora
El mecanismo se basa en el cierre de tres cuchillas sobre el hilo. Cuando esto se pro-
duce, por accionamiento del motor eléctrico, las cuchillas chocan contra el esmalte
y lo erosionan, retirándolo así del conductor y evitando que el cobre sea dañado.
Estás herramientas disponen de una fuente de alimentación externa que permite
regular la velocidad de las cuchillas. Esto es especialmente útil para ajustar el
pelado en función del diámetro del conductor y del grosor de su aislante.
EJEMPLO
El siguiente ejemplo muestra cómo se debe proceder para pelar el ex-
tremo de un hilo esmaltado.
1. Se estira la punta de hilo esmaltado a la que se va a retirar el esmalte y se
ubica el conductor en el centro de las tres cuchillas del cabezal de la pela-
dora.
a Figura 2.35. Antes del pelado.
2. Se regula la velocidad del alimentador de la herramienta, teniendo en cuen-
ta que esto se puede realizar, según las necesidades, en cualquier momento
de la operación.
3. Se sujeta la herramienta con una mano, el conductor con otra y se acciona
el pulsador de puesta en marcha, observando cómo se retira el esmalte de
la forma deseada.
a Figura 2.36. Después del pelado.
a Figura 2.37. Máquina eléctrica
de pelar hilo esmaltado junto con
su alimentador-regulador de ve-
locidad.
Los fabricantes de peladoras de hilo
esmaltado suministran diferentes
tipos de cabezales de cuchillas para
su adaptación a todo tipo de cables
y situaciones que se puedan presen-
tar en el taller del bobinador.
saber más
La máquina eléctrica de pelado es
el útil más adecuado para retirar
el aislante de los hilos esmaltados.
caso práctico inicial
02 Maquinas electricas.indd 49 16/07/12 14:20

51. 50 Unidad 2
2.5. Bases y soportes auxiliares
Al rebobinar o reparar una máquina eléctrica, es necesario moverla continua-
mente para realizar las diferentes operaciones cómodamente en la posición
más adecuada. Si la máquina es pequeña, el operario la puede manejar con
soltura; sin embargo, a medida que el tamaño de la máquina aumenta, tam-
bién lo hace su peso, por lo que su manipulación puede ser una tarea tediosa
e incluso peligrosa.
Para facilitar los trabajos de este tipo, existen diferentes soportes y bases que per-
miten un movimiento cómodo y ergonómico de las piezas de la máquina.
Los que se nombran a continuación son algunos de los útiles que existen en el
mercado al respecto.
• Platos giratorios. Son dos discos concéntricos en los que uno de ellos es fijo y
el otro gira sobre el primero mediante un rodamiento. Sobre ellos se apoyan las
máquinas con las que se va a trabajar, permitiendo realizar tanto operaciones
de rebobinado como de soldado o cosido de devanados.
Los platos giratorios pueden se reutilizados tanto para trasformadores como
para máquinas rotativas.
Plato
giratorio
Mesa
Máquina
eléctrica
a Figura 2.38. Montaje sobre plato giratorio.
• Anillos sostenedores de estatores. Es un mecanismo formado por diferentes
anillos concéntricos en los que se puede fijar un estator mediante un sistema
de retención basado en tuercas rápidas. Así podremos girar el estator 360° a la
vez que pivota sobre su propio eje.
Este mecanismo instalado en el puesto de trabajo facilita el acceso a las ranuras
y a cualquier parte del estator sobre el que se esté actuando.
a Figura 2.40. Anillos de fijación de estatores (Cortesía de DUDEK).
En los talleres de reparación de
máquinas eléctricas es aconsejable
disponer de un sistema hidráulico
de elevación que permita despla-
zar aquellos elementos que son de
gran tamaño y peso.
saber más
Español-Inglés
Plato giratorio: turntable
Fijación: clamping
Anillos sostenedores de estatores:
stator holding rings
vocabulario
Si el estator es pesado y de gran-
des dimensiones, es necesario
recurrir a sistemas más robustos
que permitan el giro mediante un
sistema de accionamiento eléctri-
co o hidráulico.
a Figura 2.39. Anillo soporte de
estatores (Cortesía de DUDEK).
saber más
02 Maquinas electricas.indd 50 16/07/12 14:20

52. Materiales y herramientas del bobinador 51
• Soporte para rotores. De igual forma que los estatores, el soporte de rotores
o inducidos permite su fijación sobre un bastidor basado en dos contrapuntos
ajustables. El sistema facilita el giro del tambor, y con ello la inserción de bo-
binas, el zunchado y el soldado de los terminales al colector de delgas.
Mesa
a Figura 2.41. Soporte de rotores.
2.6. Equipos de soldadura
Algunos de los equipos más significativos son los siguientes:
• Soldadores. La técnica de soldadura más común para la conexión de devana-
dos en máquinas eléctricas es la de soldadura blanda. Utilizaremos soldadores
rápidos de pistola de entre 30 y 60 W, ya que su calentamiento instantáneo
les hacen muy adecuados para este tipo de trabajos. No obstante, cualquier
soldador de la potencia adecuada puede ser utilizado para realizar este tipo de
soldadura.
• Baño de estaño. También conocido como pocillo de estaño, consiste en man-
tener en estado líquido una cantidad determinada de estaño en un recipiente
metálico, de forma que la soldadura se realiza por inmersión de los conductores
en dicho recipiente. Es especialmente útil cuando es necesario realizar nume-
rosas soldaduras. Las estaciones de baño de estaño disponen de regulación de
temperatura, así como de sistemas de seguridad que evitan que el estaño líquido
se vierta con facilidad.
• Soplete. Cuando es necesario unir una buena cantidad de hilos esmaltados,
como es el caso de máquinas cuyos devanados se construyen con varios hilos
paralelos, el uso de soldadores convencionales puede resultar excesivamente
lento. En estos casos es común el uso de pequeños sopletes, con la llama muy
direccionada, que calientan de forma rápida el mazo de conductores y realizan
la soldadura de forma casi instantánea. Además, este método evita tener que
pelar una a una las puntas de cada uno de los hilos a soldar, ya que la sola
aplicación del soplete sobre el esmalte lo funde dejando el conductor al aire.
c Figura 2.42. Soldador
rápido tipo pistola.
a Figura 2.43. Soplete de solda-
dura.
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53. 52 Unidad 2
2.7. Instrumentos de metrología
Los instrumentos de metrología más utilizados en el taller de reparación de má-
quinas eléctricas son el calibre y el micrómetro.
• Calibre. También llamado Pie de rey, es un instrumento de medida que ofrece una
precisión mucho mayor que las reglas y los flexómetros. Se utiliza para medir piezas
y orificios de pequeño tamaño, donde la exactitud de la medida es importante.
Consta de una pieza con una escala graduada fija, y otra pieza llamada nonius
(nonio) con una graduación distinta, que se desliza sobre la anterior. El núme-
ro de divisiones que presente el nonius determina la precisión del calibre de
acuerdo a la siguiente expresión:
1
Precisión =
Número de divisiones
En la reparación de máquinas eléctricas el calibre se utiliza para medir interiores,
exteriores y profundidades de piezas, por ejemplo, del carrete de un transformador.
• Micrómetro. También conocido como Palmer, es un instrumento de precisión
que puede medir centésimas y/o milésimas de milímetro. Su funcionamiento se
basa en el desplazamiento de un tornillo micrométrico a través de una tuerca.
Así, la precisión del instrumento viene marcada por la longitud del avance de
dicho tornillo en cada vuelta completa (paso).
Husillo
Tambor móvil
Tambor fijo
Trinquete
Cuerpo
Tope
Nonio
Seguro
a Figura 2.46. Partes de un micrómetro.
a Figura 2.45. Medida de exterior, interior y profundidad con un calibre.
Español-Inglés
Micrometro: micrometer
Calibre: calliper
Nonio: Vernier Scale
Aislante de ranura: slot insulation
vocabulario
a Figura 2.44. Calibre.
02 Maquinas electricas.indd 52 16/07/12 14:20

54. Materiales y herramientas del bobinador 53
2.8. Cizallas
Son herramientas utilizadas para cortar los aislantes flexibles con precisión. Pue-
den ser de guillotina o de cuchilla giratoria. Existen modelos de sobremesa, como
las utilizadas en oficinas para el corte de láminas de pequeño tamaño, o de suelo,
para el corte de grandes pliegos de material aislante.
EJEMPLO
Para realizar la medida con el micrómetro, se sitúa el objeto a medir en la
boca del mismo, de forma que el husillo haga cierta presión sobre él, pero sin
forzarlo.
Se supone que el micrómetro de la figura tiene un paso de rosca de 0,5 mm,
lo que significa que cada vuelta completa que se le da al tambor giratorio, este
avanza esa distancia. El nonio del tambor giratorio esta graduado en centési-
mas de milímetro. Así, cada división corresponde a 0,01 mm.
La lectura se toma de la siguiente manera:
1. Se cuentan el número de divisiones del tambor fijo, sabiendo que cada una
de ellas corresponde a 0,5mm.
2. Se lee el valor de la línea del tambor giratorio que coincide con la línea
horizontal del tambor fijo.
3. Se suman los valores de ambos tambores obteniéndose así la medida
final.
0 5 10
45
40
35
30
25
0 5 10
40
35
30
25
20
0 5 10
30
25
20
15
10
5
Tambor fijo: 1,5 mm Tambor fijo: 3 mm Tambor fijo: 2,5 mm
Tambor Tambor Tambor
giratorio: 0,35 mm giratorio: 0,3 mm giratorio: 0,17 mm
Medida: 1,85 mm Medida: 3,3 mm Medida: 2,67 mm
En el taller de máquinas eléctricas
el micrómetro se utiliza tanto para
medir el diámetro de los hilos (con
o sin esmalte) como el grosor de
los aislantes laminados.
a Figura 2.47. Micrómetro midien-
do hilo esmaltado.
saber más
a Figura 2.49. Cizalla de sobremesa.
a Figura 2.48. Cizalla de suelo
(Cortesía de DUDEK). a Figura 2.50. Corte de Presspan.
02 Maquinas electricas.indd 53 16/07/12 14:20

55. 54 Unidad 2
2.9. Herramientas pare el montaje y desmontaje
Al igual que ocurre en otras técnicas industriales, el operario de mantenimiento
y reparación de máquinas eléctricas necesitará herramientas de propósito general
como llaves de boca fijas, llaves tubulares, lleve inglesa, llaves Allen, etc. No obs-
tante, deberá disponer también de algunas herramientas para tareas específicas.
Algunas de estas últimas son:
• Extractores de agarre. Son útiles que se usan especialmente para desmontar
cualquier elemento instalado sobre un eje. En las máquinas eléctricas rotativas
facilitan la extracción, tanto de las tapas y culatas como de los rodamientos y/o
poleas que se encuentren instaladas en ellas.
a Figura 2.52. Diferentes tipos de extractores de agarre.
Están formados por dos o tres patas o mordazas que se fijan sobre el elemento a
extraer y por un eje o perno roscado con final en punta cónica, que se apoya en el
eje de la máquina. Así, cuando se actúa sobre el perno mediante una herramienta
de impulsión, el sistema mecánico que une las mordazas se mueve, desplazándo-
las por igual y ejerciendo tal presión sobre el objeto, que lo hace deslizar de forma
uniforme por el eje, evitando así que sea dañado o deteriorado.
Existen modelos manuales o hidráulicos. Los primeros requieren una llave de
boca fija o inglesa para la impulsión del perno, los segundos un sistema hidráu-
lico de aceite.
• Calentador de cojinetes. De igual forma que para desmontar una máquina
rotativa hay que extraer los cojinetes, también será necesario realizar la ope-
ración inversa en el momento del montaje. La inserción de un cojinete es una
tarea delicada, ya que una mala instalación puede provocar excentricidades en
el eje, produciendo vibraciones e, incluso, roces entre el rotor y el estator que
podrían dañarlos.
La dilatación de los cojinetes por calor facilita su inserción, por lo que es acon-
sejable utilizar los denominados calentadores de cojinetes, que los calientan por
inducción de forma uniforme y constante.
Español-Inglés
Extractor: puller
Brazo: arm
Cojinete: bearing
Eje: axis
Chaveta: key
Perno: screw / bolt
Extractor de chavetas: key pulling
pliers
vocabulario
d Figura 2.53. Calentadores de co-
jinetes.
Perno
Objeto a
extraer
Eje
Mordazas
a Figura 2.51. Ejemplo de extrac-
ción del cojinete de un eje.
02 Maquinas electricas.indd 54 16/07/12 14:20

56. Materiales y herramientas del bobinador 55
• Extractor de chavetas. La chaveta es un elemento rectangular que se inserta
en el eje de las máquinas rotativas para que estas se puedan acoplar con fia-
bilidad a otros ejes, evitando el deslizamiento entre ellos. El desmontaje de
una máquina eléctrica de tipo rotativo pasa por retirar en algún momento la
chaveta de su eje, para así poder sacar todos los elementos que se encuentran
instalados sobre él. Para no dañar la chaveta y el chavetero se debe utilizar un
útil específico denominado extractor de chavetas. Este elemento consta de dos
mandíbulas que muerden la chaveta y dos ruedecillas para extraerla mediante
un sistema interno de palanca.
• Extractor de devanados y bobinas. La exigencia de rebobinado de una máqui-
na rotativa puede ser debido a numerosas causas: que se haya quemado alguna
fase, que lo haya hecho todo el devanado, que se haya agarrotado el rotor, etc.
En cualquier caso, cuando un operario se encuentra con un devanado comple-
tamente quemado en el que los conductores eléctricos han fundido su barniz,
fusionándolo con los aislantes de ranuras y con el barnizado de la propia má-
quina, la extracción de las bobinas puede resultar una tarea ardua de realizar.
En estas ocasiones los técnicos bobinadores recurren a numerosas tretas, como
puede ser quemar el devanado con un soplete para facilitar su extracción. Sin
embargo, esta técnica no es aconsejable, ya que un calentamiento excesivo
de la chapa magnética, la hace perder sus propiedades. Por tanto, es necesario
utilizar herramientas adecuadas para ello. En este sentido, los fabricantes han
diseñado diferentes tipos de máquinas que facilitan esta tarea. Una de ellas es
la máquina de corte y extracción que, utilizando sistemas eléctricos e hidráuli-
cos, permite la extracción de los devanados sin recurrir al calentamiento de los
mismos. En ellas, el estator de la maquina se fija sobre un soporte giratorio y,
mediante un cilindro hidráulico, se presionan los devanados, haciéndoles salir
de las ranuras en los que se encuentran alojados.
a Figura 2.55. Chavetero sin chave-
ta del eje de una máquina rotativa.
a Figura 2.54. Extractor de chave-
tas (Cortesía de Pegamo).
Cuando en una máquina rotativa se
queman los devanados, se produce
una fusión de todos los elementos
que los constituyen: hilos, barnices,
aislante, etc., que hacen que se for-
me una amalgama dura y compac-
ta que dificulta su extracción.
caso práctico inicial
c Figura 2.56. Máquina so-
porte para la extracción de
devanados (Cortesía de DU-
DEK).
02 Maquinas electricas.indd 55 16/07/12 14:20

57. 56 Unidad 2
2.10. Útiles de limpieza
La reparación y sustitución de devanados en las máquinas rotativas, tanto en su
estator como en su rotor, requieren un paso previo que consiste en limpiar ade-
cuadamente el sistema de ranuras. Esto facilitará la inserción de los aislantes y,
después, de las bobinas correspondientes.
a Figura 2.57. Limpieza de ranuras del estator de una máquina rotativa.
Las ranuras deben quedar completamente limpias de cualquier residuo del de-
vanado anterior, como pueden ser trozos de cartón aislante, esmalte de hilos
recalentados o barniz, etc. Por tanto, en el taller de reparación se debe disponer
de útiles diseñados para esta tarea como son rascadores, cepillos circulares, limas
de picado fino redondeadas, etc.
Una pistola de aire comprimido también puede ser una excelente herramienta
para retirar residuos en forma de polvo del interior de la máquina una vez se ha
rascado su interior.
Para limpiar colectores se utiliza una pequeña sierra angular similar a la de la
figura. Este elemento permite retirar la mica de unión entre dos delgas próximas.
Las cuchillas se pueden intercambiar en función del tamaño del colector.
a Figura 2.59. Sierra para limpiar colectores (Cortesía de DUDEK).
a Figura 2.58. Rascador y cepillos redondos de alambre (Cortesía
de DUDEK).
a Figura 2.60. Uso de la sierra para la limpieza de colectores.
02 Maquinas electricas.indd 56 16/07/12 14:21

58. Materiales y herramientas del bobinador 57
3. Instrumentos de medida
y comprobación
De la misma forma que en cualquier otra especialización, en electrotécnica el
técnico de mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas requiere una serie
de dispositivos de medida y comprobación eléctricos que le permitirán verificar
y ensayar las máquinas con las que ha trabajado. Algunos son de tipo genérico
utilizados en otras técnicas eléctricas, por ejemplo, multímetros, pinzas amperi-
métricas, voltímetros, amperímetros, vatímetros, etc. No obstante, existen una
serie de instrumentos específicos para esta profesión, los cuales se nombran a
continuación.
3.1. Comprobador de continuidad
Una de las operaciones que más realiza un técnico bobinador en el proceso de
rebobinado de una máquina eléctrica es la comprobación de continuidad. De
esta forma se localizan con facilidad extremos de devanados, cortocircuitos, fugas
a masa, etc. Si bien un polímetro o una pinza amperimétrica permiten realizar
dicha función, existen instrumentos como el comprobador de continuidad que
facilitan esta comprobación sin necesidad de conmutar entre diferentes funciones
del instrumento.
Los comprobadores de continuidad emiten una señal acústica que cambia de
frecuencia en función de la resistencia que presenta el componente a comprobar.
3.2. Comprobador portátil de rotores y estatores
Es un instrumento de medida portátil que permite comprobar derivaciones por
contacto directo y cortocircuitos en los devanados de rotores y estatores en má-
quinas rotativas.
Funciona por inducción y, por tanto, no requiere contacto físico con el disposi-
tivo a comprobar, pudiéndose utilizar tanto para comprobar rotores (inducidos)
como para estatores.
Dispone de una cabeza lectora que está formada por una bobina de excitación y
una bobina medidora que activa un circuito electrónico acústico y luminoso de
comprobación.
Cuando el instrumento se acerca al circuito magnético a comprobar, si este es
correcto, el indicador luminoso y acústico se mantiene en estado normal. Sin
embargo, si es detectado un cortocircuito, aunque sea solamente de una espira,
el indicador luminoso cambia de estado y el acústico se activa indicando la
anomalía.
a Figura 2.63. Uso del comprobador en un inducido.
El omnipresente multímetro no
debe faltar en el taller de repara-
ción y rebobinado de máquinas
eléctricas.
a Figura 2.61. Multímetro.
saber más
a Figura 2.64. Comprobadores
portátiles de rotores y estatores.
a Figura 2.62. Comprobador de
continuidad (Cortesía de Taco –
Nauert).
02 Maquinas electricas.indd 57 16/07/12 14:21

59. 58 Unidad 2
3.3. Comprobador de rotores de sobremesa
Basa su funcionamiento en la creación de un flujo magnético en un núcleo de
hierro con forma de mordaza. Así, si se apoya un rotor sobre él, induce una co-
rriente sobre sus bobinas que puede ser analizada. De este modo, si sus espiras
están en cortocircuito, abiertas o derivadas a la carcasa, el instrumento lo indi-
cará, bien mediante un zumbido directo utilizando una lámina de hierro a modo
de palpador, o bien mediante los indicadores luminosos o acústicos que el propio
instrumento lleva consigo.
a Figura 2.65. Comprobador de inducidos de sobremesa.
3.4. Medidor de resistencia de aislamiento
También denominado megaohmetro o, simplemente, Megger. En el ámbito
de las máquinas eléctricas se utilizan en tareas de mantenimiento y reparación
para comprobar el aislamiento entre devanados, y entre estos y su núcleo me-
tálico (carcasa), midiendo la fuga de corriente a través del aislante del circuito
eléctrico.
Da la medida en megaohmios y permite inyectar diferentes valores de tensión de
prueba (250, 500, 1000 V, etc.).
3.5. Luz estroboscópica
Basado en el efecto estroboscópico, permite valorar lo que ocurre en un eje que
está girando. Al iluminar el sistema en movimiento con la lámpara, el efecto es-
troboscópico generado por ella hace que el eje parezca inmóvil, permitiendo así
su observación de forma detallada.
a Figura 2.67. Lámparas estroboscópicas (Cortesía de BBE - Electronic).
Los instrumentos que permiten
comprobar los devanados de una
máquina rotativa son principal-
mente el comprobador de rotores
y estatores portátil y el comproba-
dor de rotores de sobremesa. En
próximas unidades tendrás opor-
tunidad de poner en marcha estos
dispositivos.
caso práctico inicial
a Figura 2.66. Medidor de aisla-
miento (Cortesía de PCE Instru-
ments).
02 Maquinas electricas.indd 58 16/07/12 14:21

60. Materiales y herramientas del bobinador 59
3.6. Medidor de inductancias
Permite comprobar la inductancia de los devanados de una máquina eléctrica.
En este caso, más que el valor de la medida, lo que realmente importa es la com-
paración de los valores de los diferentes devanados. Así, si, por ejemplo, en un
motor trifásico se comprueban sus tres devanados (uno por fase) y alguno de ellos
presenta una medida excesivamente diferente, indicará que alguna de sus bobinas
se encuentra en cortocircuito.
3.7. Tacómetro
Es un instrumento que permite medir la velocidad de giro de un eje en r.p.m.
(revoluciones por minuto). Todos los tacómetros modernos permiten realizar la
lectura de velocidad sin contacto físico con el eje de la máquina a comprobar.
No obstante, suelen disponer de piezas de acoplamiento que permiten realizar la
comprobación de esta forma si fuera necesario.
3.8. Cámara térmica
Utilizada en tareas de mantenimiento predictivo, es un instrumento que basa su
funcionamiento en la visualización de imágenes procesadas mediante un sensor
térmico o de infrarrojos. Con este dispositivo es posible visualizar zonas calientes
de una máquina eléctrica y así predecir una posible avería en ellas.
3.9. Banco de pruebas del técnico bobinador
Una vez modificada, reparada o rebobinada una máquina eléctrica, será necesario
comprobar su correcto funcionamiento antes de devolvérsela al cliente. El taller
del técnico bobinador debe disponer de un banco de pruebas con los siguientes
elementos:
• Autotransformador trifásico regulable de gran potencia. Este dispositivo
debe ser capaz de sacar alimentación trifásica y monofásica regulable que
facilite la comprobación de diferentes tipos de máquinas eléctricas, incluso a
tensiones más bajas que las propias de su diseño.
• Fuente de alimentación de CC de potencia regulable. De igual forma que
en el sistema trifásico de corriente alterna, se debe disponer de un sistema de
alimentación de potencia para corriente continua regulable en tensión.
A
0
5
10
20
V
0
6005
A
0
5
10
20
V
0
6005
A
0
5
10
20
A
0
5
10
20
N L1 L2 L3
Cos ϕ
0,8
0,2
1
Cap
Ind
L1-L2
0
L1-L3
L2-L3
I I
Editex
J
C
M
C
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10
0
0
50
editex
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10
0
0
50
editex
I I
Editex
I I
J
C
M
C
M +
CA CC
J.C.M.Castilo
a Figura 2.71. Banco de pruebas.
• Instrumentación fija. El banco de pruebas debe estar dotado de instrumentos
de medida fija para medir tensión entre fases, corrientes e incluso el factor de
potencia.
a Figura 2.68. Medidor de induc-
tancias (Cortesía de PCE Instru-
ments).
a Figura 2.69. Tacómetro (Cortesía
de PCE Instruments).
a Figura 2.70. Motor eléctrico vi-
sualizado mediante una cámara
térmica.
a Figura 2.72. Cámara térmica
(Cortesía de PCE Instruments).
02 Maquinas electricas.indd 59 16/07/12 14:21

61. 60 Unidad 2
ACTIVIDADES FINALES
1. Realiza la actividad propuesta en las prácticas profesionales.
2. Corta varios tramos de hilo esmaltado (unos 10 cm de cada uno) de los siguientes diámetros 0,3; 0,4; 0,5;
0,8; 0,9 y 1 mm. Utilizando una peladora eléctrica retira el esmalte en una de las puntas unos 1,5 cms de
todos ellos. Utilizando un micrómetro mide el diámetro de todos los hilos con y sin esmalte. Anota los re-
sultados obtenidos en la siguiente tabla, calculando cuál es el grosor del esmalte.
Diámetro con esmalte
Diámetro sin esmalte
Grosor del esmalte
3. Di qué medidas marcan los siguientes micrómetros:
a)
0 5 10
5
0
45
40
35
b)
0 5 10
5
0
45
40
35
c)
0 5 10
35
30
25
20
15
d)
0 5 10
0
45
40
35
30
25
4. Utilizando la técnica mostrada en la práctica profesional 2 de esta unidad, fabrica un molde de madera
para la construcción de tres bobinas a la vez. Realiza el bobinado con 15 espiras en cada una de ellas. El
paso de hilo de una bobina a otra debes hacerlo por las ranuras laterales del lado largo de las tapas.
Hilo de atar
Hilo esmaltado
a Figura 2.73. Fabricación con molde de madera.
5. Utilizando un motor trifásico que esté en perfecto estado, quita las chapas de su caja de bornes.
V1 W1
U1
U2 V2
W2
Chapas de bornes
a Figura 2.74. Caja de bornes con chapas desconectadas.
a) Comprueba la continuidad entre todos y cada uno de los bornes del motor. ¿Cuál es el resultado de la com-
probación?, ¿qué deduces de esta prueba?
b) Comprueba cuál es la continuidad entre cualquiera de los bornes y la carcasa del motor.
c) Con dos chapas, une los bornes W2-U2-V2 dejando libre los demás. Comprueba con un polímetro (posición
de ohmios) el valor entre los tres bornes libres (U1-V1-W1) y, también, entre cualquiera de esos tres bornes
y el puente de chapas. Anota los resultados de estas comprobaciones.
02 Maquinas electricas.indd 60 16/07/12 14:21

62. Materiales y herramientas del bobinador 61
6. Utilizando un pliego de cartón Pesspan y una guillotina, corta al menos 24 piezas de 15 x 55 mm. Es im-
portante que todas ellas tenga las mismas medidas. Compruébalo con un calibre.
7. Utilizando un extractor de chavetas, saca la chaveta del eje de una máquina eléctrica rotativa. ¿Qué dificul-
tad encuentras? Insértala nuevamente en el chavetero utilizando un martillo con cabeza de nailon.
8. Utilizando un extractor de agarre saca el cojinete instalado sobre el eje de una máquina rotativa. ¿Qué has
observado al realizar esta operación? Intenta poner nuevamente el cojinete en la posición original, para
ello utiliza un tubo metálico con un diámetro ligeramente superior al del eje de la máquina. Sitúa el coji-
nete en el eje, introduce el tubo de forma que se apoye sobre el cojinete y golpea sobre él suavemente con
un martillo de cabeza de nailon hasta ubicarlo en la posición adecuada. ¿Qué dificultades se te han presen-
tado al realizarlo?
Extractor
Eje
Tubo metálico
Martillo
Eje
a Figura 2.75. Extracción. a Figura 2.76. Inserción.
entra en internet
9. Entra en las siguientes direcciones de distribuidores de materiales y herramientas para el bobinador:
http://www.servorecambios.com http://www.bobinadorasgmr.com.ar
http://www.dmatel.es http://www.industriasmeyra.com
Localiza un material o una herramienta que te haya llamado la atención de su catálogo y que no hayas
estudiado en esta unidad.
10. Localiza vídeos en los que se muestre el funcionamiento de máquinas automatizadas para:
• inserción de devanados en un estator,
• bobinado completo de un inducido,
• impregnación en barniz de los devanados,
• fijación de los aislantes de ranuras.
02 Maquinas electricas.indd 61 16/07/12 14:21

63. 62 Unidad 2
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Fabricación de una bobina
con moldes preformados
OBJETIVO
Utilizar los materiales y herramientas necesarios para construir una sencilla bobi-
na de hilo de cobre esmaltado.
PRECAUCIONES
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
• Para evitar que las espiras de la bobina queden flojas debes utilizar de forma
adecuada el tensor de la devanadora.
DESARROLLO
1. Monta la regleta-soporte para los moldes en la bobinadora. Sobre ella coloca dos moldes separados unos 10 cm
utilizando como referencia su parte interna.
2. Sobre el devanador monta el carrete de hilo, para ello enhebra el hilo por el tensor de la devanadora, lleva la
punta del hilo que sale del devanador y enróllalo alrededor del eje de la bobinadora. Esto evitará que el hilo se
suelte en el momento de comenzar a fabricar la bobina.
3. Ajusta el cuentavueltas a cero y se girará de forma cuidadosa la manivela de la bobinadora hasta crear una bobi-
na de 30 espiras.
HERRAMIENTAS
• Tijera de electricista
• Bobinadora manual
• Moldes para bobinador
• Regleta para fijación de moldes en
bobinadora
• Platos de embridar
• Devanador
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Juego de laves fijas
MATERIAL
• Carrete de hilo esmaltado de 0,5 mm
• Alambre plano verde de atar o clips
circulares de plástico
00000
Regleta para moldes
10 cm
Accesorios
de fijación
Puesta
a cero
Nudo para
evitar que
el hilo
se suelte
Hilo procedente
del devanador
a Figura 2.77. Instalación de regleta y moldes en la bobina-
dora.
a Figura 2.78. Atado del hilo al eje de la bobinadora para
comenzar la bobina.
02 Maquinas electricas.indd 62 16/07/12 14:21

64. Materiales y herramientas del bobinador 63
4. Manteniendo el hilo tenso entre la devanadora y la bobinadora, se atarán los dos lados más largos de la bobina
con un clip de plástico, con alambre plano verde de atar o con un trozo de hilo sobrante.
a Figura 2.79. Elementos que se pueden utilizar para atar las espiras de una bobina.
Atado de la
bobina
a Figura 2.80. Atado de las espiras de la bobina.
5. Corta el hilo que une el devanador con la bobina de la bobinadora, afloja uno de los moldes de la regleta y saca la
bobina de la bobinadora.
a Figura 2.81. Extracción de la bobina terminada.
Enhorabuena, acabas de construir tu primera bobina para una máquina eléctrica.
02 Maquinas electricas.indd 63 16/07/12 14:21

65. 64 Unidad 2
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Fabricación de una bobina
con molde de madera
OBJETIVO
Construir una bobina con moldes de madera tipo sándwich.
PRECAUCIONES
• Utiliza las herramientas de corte y taladrado siguiendo las indicaciones de
seguridad dictadas por tu profesor.
• Para las operaciones de corte y taladrado utiliza guantes y gafas de seguridad.
• Utiliza el tornillo de banco para cortar las piezas de madera con precisión.
DESARROLLO
1. Corta con el serrucho tres placas de madera de aglomerado con las medidas
mostradas en la figura. Del tamaño más pequeño debes cortar 1 pieza de
aglomerado de 12 mm de grosor. Del tamaño más grande debes cortar 2
piezas del aglomerado de 6 mm de grosor.
2. Marca el centro de todas las piezas trazando líneas diagonales entre vértices
opuestos.
3. Mide con el calibre el diámetro del eje de la bobinadora, elige una broca de
dicho diámetro y, utilizando el taladro de sobremesa, realiza un orificio en el
centro de todas las piezas de madera. Después, con la lima escofina redondea
los vértices de cada una de las piezas. Para terminar, en las piezas grandes,
que a partir de ahora llamaremos tapas, realiza unos pequeños cortes con el
serrucho como los mostrados en la figura.
HERRAMIENTAS
• Tijera de electricista
• Bobinadora manual
• Platos de embridar
• Devanador
• Lima escofina
• Juego de brocas
• Serrucho
• Tornillo de banco
• Taladro de sobremesa
• Calibre
MATERIAL
• Carrete de hilo esmaltado de 0,5 mm
• Alambre plano verde de atar o clips
circulares de plástico
• Madera de aglomerado de 12 mm
de ancho
• Madera de aglomerado de 6 mm de
ancho
• Hilo plano de atar
61 mm
101 mm
85 mm
40 mm
a Figura 2.82. Medida de las piezas. a Figura 2.83. Piezas taladradas y redondeadas.
02 Maquinas electricas.indd 64 16/07/12 14:21

66. Materiales y herramientas del bobinador 65
4. El molde construido debe tener el aspecto de un sándwich. Inserta uno o más conos en el eje de la bobinadora y,
una vez introducidos, haz lo mismo con un disco de embridar. El orden sería el siguiente: en primer lugar una de
las tapas, luego la pieza pequeña y, para finalizar, la segunda tapa. Una vez hecho, inserta un disco de embridar
roscado al eje hasta que presione sobre la última tapa. Asegúrate que todas las piezas quedan centradas.
5. Monta sobre el devanador el carrete de hilo y enhebra el hilo por el tensor de la devanadora. Pasa un par de hilos
de atar por las ranuras de la parte más estrecha del molde. Te servirán para atar la bobina una vez finalizada su
construcción evitando que se suelten las espiras. Más tarde coge la punta del hilo que sale del devanador, pásalo
por la ranura de la tapa de la izquierda y enróllalo sobre el eje de la bobinadora. Esto evitará que el hilo se suelte
en el momento de comenzar a dar las espiras en sobre le molde.
6. Pon el cuentavueltas a cero, gira de forma cuidadosa la manivela de la bobinadora hasta crear una bobina de
30 espiras. Manteniendo el hilo tenso entre la devanadora y la bobinadora, retuerce un extremo con otro de los
hilos de atar que montaste en un paso anterior de forma que todas las espiras se mantengan unidas.
7. Corta el hilo que viene de la devanadora, afloja el disco de embridar y saca el molde con la bobina del eje de la
bobinadora. Finalmente, retira las tapas y saca la bobina de forma cuidadosa de la pieza central del molde.
Nota. Si no dispones de moldes preformados en tu taller, esta es una manera buena y económica de fabricar bobi-
nas para máquinas rotativas. Algunos técnicos bobinadores aún siguen utilizando este sistema, ya que les permiten
diseñar el molde para un tipo de máquina que se repita con frecuencia en el taller de reparación.
00000
Mode de
madera
Hilo de atar
Hilo esmaltado
Hilo de atar
a Figura 2.84. Molde tipo sándwich. a Figura 2.85. Modelo montado en la bobinadora.
Figura 2.86. Atado del hilo al eje de la bobinadora para co-
menzar la bobina.
a Figura 2.87. Bobina terminada y atada en el molde.
02 Maquinas electricas.indd 65 16/07/12 14:21

67. 66 Unidad 2
MUNDO TÉCNICO
Fabricación automatizada
de máquinas eléctricas rotativas
Lo estudiado en esta unidad se encuentra en el contexto de talleres pequeños y medianos destinados a la reparación
y mantenimiento manual de máquinas eléctricas. No obstante, la producción y fabricación en serie, de igual forma
que para otro tipo de productos, se encuentra altamente automatizada en este campo. En la actualidad el uso de ma-
quinaria especializada permitente realizar el proceso de fabricación de forma limpia y en un breve periodo de tiempo.
Estos son algunos procesos automatizados destinados a la fabricación de máquinas eléctricas, principalmente de
las de tipo rotativo:
• Máquinas para la inserción de devanados de estatores. Los modelos más complejos y completos construyen
automáticamente las bobinas y posteriormente, mediante un sistema de guiado inteligente, las insertan en las
ranuras del estator.
• Aislamiento de ranuras e inserción de cuñas. Ambos procesos también se encuentran automatizados. El ais-
lamiento de ranura debe hacerse antes de la inserción de los bobinados, la colocación de cuñas después.
• Bobinado de inducidos. Para esta tarea, que manualmente resulta compleja y laboriosa, existen máquinas que
la resuelven por completo, hasta el punto de que, no solamente bobinan el inducido, sino que son capaces de
soldar el devanado a las delgas de colector.
• Impregnadoras y secadoras de barniz o resina. Permiten agilizar el proceso de barnizado y, posteriormente,
de secado de los devanados de forma masiva.
a Figura 2.90. Torneado automático de
rotores.
a Figura 2.91. Máquina automáti-
ca para el aislamiento de ranuras.
a Figura 2.88. Máquina para
la inserción de devanados en
estatores.
a Figura 2.89. Torneado automáti-
co de rotores.
02 Maquinas electricas.indd 66 16/07/12 14:21

68. Materiales y herramientas del bobinador 67
entra en internet
11.
EN RESUMEN
TALLER DE MANTENIMIENTO Y REPARACIóN DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Aislantes
Grados de
aislamiento
Sólidos Líquidos
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
1. El hilo esmaltado se distribuye en mm2
.
a. Verdadero. b. Falso.
2. El grado de los hilos esmaltado es:
a. su grosor.
b. el espesor del aislante.
c. la calidad de cobre utilizado.
3. A la temperatura máxima a la que puede ser so-
metido un material aislante sin que pierda sus
propiedades se la denomina:
4. Un devanador se utiliza para realizar un bobinado.
a. Sí. b. No.
5. La técnica VPI está relacionada con:
a. la soldadura de los conductores eléctricos.
b. el corte de materiales aislantes.
c. la impregnación de los devanados.
6. El Presspan es:
a. un tipo de cartón aislante.
b. una marca de bobinadoras.
c. un tipo de aislante líquido para barnizar motores.
7. La conexión de los conductores en el interior de
una máquina eléctrica se realiza por la técnica
de :
Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas
Bobinadoras Comprobador
de continuidad
Bases
y soportes
Medidor
de aislamiento
Instrumentos
de metrología
Luz estroboscópica
Montaje
y desmontaje
Cámara térmica
Banco de pruebas
Cizallas
Medidor
de inductancias
Devanadores
Comprobadores
de rotores y estatores
Instrumentación
Útiles y herramientas
Materiales
Hilo
esmaltado
02 Maquinas electricas.indd 67 16/07/12 14:21

69. Transformadores
3
vamos a conocer...
1. Conceptos iniciales
2. Clasificación de los transformadores
3. Materiales constructivos de los transformadores
4. Características eléctricas de un transformador
5. Cálculo de un transformador monofásico
6. Cálculo de transformadores trifásicos
7. Ensayos y comprobaciones
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Construcción de un transformador monofásico
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Comprobación y ensayo de un transformador
monofásico
PRÁCTICA PROFESIONAL 3
Construcción de un transformador trifásico
MUNDO TÉCNICO
Otros tipos de transformadores
y al finalizar esta unidad...
Conocerás cómo funciona un transformador.
Identificarás los diferentes tipos de
transformadores.
Conocerás las características que deben tener
los materiales destinados a la construcción de
transformadores.
Conocerás cuáles son los ensayos y
comprobaciones que se hacen con
transformadores.
Calcularás y construirás un transformador
monofásico.
Calcularás y construirás un transformador
trifásico.
03 Maquinas electricas.indd 68 16/07/12 15:05

70. 69
situación de partida
CASO PRÁCTICO INICIAL
Las industrias de la zona de trabajo de MantenExpress dispo-
nen de numerosos cuadros eléctricos, en ellos se encuentran
los dispositivos electrónicos cuyo cometido es controlar sis-
temas de automatización industrial. Estos cuadros disponen
de todo tipo de transformadores para la alimentación de los
circuitos de control y potencia, es decir, pueden ser monofá-
sicos, trifásicos, autotransformadores, etc. Cada vez que uno
de estos transformadores presenta un problema, es necesario
intervenir rápidamente para que el sistema de producción que-
de interrumpido en el menor tiempo posible. Por este motivo
las empresas se ven obligadas a realizar una gran inversión
para dar solución a estas necesidades sin crear demasiados
perjuicios en la fabricación. Los transformadores de peque-
ña y mediana potencia que alimentan los sistemas no suelen
presentar averías, pero cuando se producen, son muy signi-
ficativas, ya que todos los elementos eléctricos que depen-
den de ellos dejan de funcionar. Curiosamente, cuando un
transformador presenta una avería o se quema, se sustituye
por otro nuevo. Fermín y Abel piensan que esto es un derro-
che innecesario. En transformadores de pequeña potencia se
puede proceder de esta manera, ya que su rebobinado es más
caro que el montaje de uno nuevo; sin embargo, no ocurre lo
mismo con los de mayor potencia, ya que una reparación es
más rentable que una sustitución.
Fermín y Abel ya tienen listo su taller de reparación y bobinado
de máquinas eléctricas. Ahora están sumidos en el procedi-
miento de cálculo y construcción de transformadores, pero
muchas son las cuestiones que deben aclarar antes de lanzarse
a la reparación de uno de ellos.
1. ¿Cuál es el motivo por el que la corriente continua no
se puede transformar?
2. ¿Importa el sentido en el que se arrollen unas bobinas
respecto a otras sobre un núcleo magnético?
3. ¿Cuál es la coniguración más común para construir
transformadores trifásicos de baja potencia?
4. ¿Qué son las denominada pérdidas en el hierro?
5. ¿Están aisladas las chapas magnéticas?, ¿por qué se
hace esto?
6. ¿Se usa el mismo tipo de chapa magnética en trans-
formadores monofásicos y en trifásicos?
7. ¿Cuáles son los materiales aislantes usados para
construir transformadores de baja potencia?
8. Fermín y Abel han leído que para el cálculo de trans-
formadores algunos datos de partida son tomados de
forma empírica. ¿Por qué se hace esto?
9. ¿Qué transformadores presentan mejor rendimiento,
los de mayor potencia o los de menor?
10. ¿A qué se denomina sección del núcleo magnético?,
¿qué característica eléctrica del transformador de-
pende de su tamaño?
11. ¿A qué corresponde la potencia total de un transfor-
mador trifásico?
estudio del caso
Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.
03 Maquinas electricas.indd 69 16/07/12 15:05

71. 70 Unidad 3
1. Conceptos iniciales
En la primera unidad se estudió el motivo por el que el flujo de un circuito
magnético es variable al circular una corriente por el mismo. De esta forma, si
en el núcleo se encuentra arrollada una segunda bobina, se produce en ella una
corriente eléctrica por inducción magnética, generando una fuerza electromotriz
que se puede medir en sus bornes.
Un transformador es una máquina eléctrica estática que funciona por el efecto
de la inducción magnética. Está formado por un devanado primario, al que se le
aplica una fuerza electromotriz E1
capaz de hacer circular la corriente inductora,
y por un devanado secundario, en el que se induce de forma estática una segunda
fuerza electromotriz E2
.
E1 E2
Núcleo
Primario
Secundario
N1 N2
Ф
Campo de
dispersión
Campo de
dispersión
Flujo mutuo
a Figura 3.1. Representación de un transformador.
Si los devanados primario y secundario son iguales, en número de espiras N y
diámetro del conductor, la fuerza electromotriz del primario es idéntica a la del
secundario. De esto se deduce que si el devanado secundario dispone de un nú-
mero de espiras diferente a las del primario, la fuerza electromotriz en sus bornes
es proporcional a la relación entre dicho número des espiras.
1.1. Relación de transformación
La relación entre las espiras del primario N1
y las del secundario N2
se denomina
relación de transformación, se representa por m y se puede calcular mediante la
expresión:
m =
N1
N2
Esta relación de transformación pertenece al transformador ideal (teórico). No
obstante, en un transformador real se presentan una serie de pérdidas que deben
tenerse en cuenta. Estas pérdidas se deben a los siguientes factores:
• Reluctancia del circuito magnético. Cuanto mayor es su valor, mayores pér-
didas se producirán. Por lo tanto, una adecuada elección del tipo de material
utilizado en el núcleo, disminuirá dicho efecto.
La corriente continua no se pue-
de transformar ya que al tener un
sentido unidireccional, el flujo no
varía y, en consecuencia, no se
induce ninguna fuerza electromo-
triz.
saber más
a Figura 3.2. Transformador (Cor-
tesía de Sentera Controls).
La reluctancia es al circuito magné-
tico, lo que la resistencia al circuito
eléctrico.
recuerda
03 Maquinas electricas.indd 70 16/07/12 15:05

72. Transformadores 71
• La resistencia de los devanados. Es la resistencia que el conductor presenta al
paso de la corriente.
• Pérdidas en el hierro por corriente de Foucault. Las corrientes de Foucault
producen pérdidas por exceso de calor. Así, cuanto más ancho es el material
de un circuito magnético, mayores son las pérdidas debidas a este efecto. Es
conveniente saber que el uso de finas chapas magnéticas para la constitución
de los núcleos de transformadores disminuye de forma considerable este tipo
de pérdidas.
• Histéresis magnética. La selección de materiales magnéticamente blandos per-
mite que el ciclo de histéresis sea lo más estrecho posible, disminuyendo de esta
forma las pérdidas debidas a este efecto.
• Dispersión del flujo magnético. El denominado flujo de dispersión se presen-
ta, en mayor o en menor medida, en cada uno de los devanados en función de
la carga, influyendo de forma negativa en el rendimiento y en la relación de
transformación. El flujo de dispersión se reduce utilizando determinadas confi-
guraciones del núcleo, como puede ser el uso del tipo acorazado.
No obstante, y a pesar todo lo visto, el valor de la relación de transformación
puede ser utilizado según la expresión anterior sin tener en cuenta las pérdidas,
ya que es muy aproximado.
1.2. Terminales homólogos
Se denominan terminales homólogos u homónimos a los bornes de ambos deva-
nados en los que el sentido de la corriente es el mismo para un instante determi-
nado de la corriente.
La asignación de dos terminales homólogos se establece en el momento de reali-
zar el arrollamiento de los devanados sobre el núcleo. Así, los terminales que se
arrollan en el mismo sentido son homólogos, y los que están en sentido contrario
no lo son. Es decir, si sobre una misma columna del núcleo magnético arrollamos
los dos devanados en el mismo sentido, son bornes homólogos los dos superiores
entre sí y los dos inferiores entre sí (Caso B). Si por el contrario, el sentido del
arrollamiento es contrario en ambos devanados, el superior de uno de ellos es
homólogo con el inferior del otro y viceversa (Caso A).
La identificación de los terminales homólogos es importante en todo tipo de trans-
formadores, pero en especial en aquellos cuyos devanados constan de varios grupos
de bobinas que se conectan entre sí para conseguir diferentes valores de tensión.
ejemplo
¿Cuál es la relación de trasformación en un transformador que dispone
de 400 espiras en el primario y de 80 en el secundario?
m =
N1
N2
=
400
80
= 5
Esto significa que si a un trasformador se le aplica una tensión alterna por
el devanado considerado como primario, la tensión obtenida en el devanado
secundario será 5 veces más pequeña que la del primario.
La identificación de los terminales
homólogos es importante para
la interconexión de las diferentes
bobinas que forman los devana-
dos de un transformador trifásico.
saber más
a Figura 3.3. Diferentes símbolos
para representar un transforma-
dor.
03 Maquinas electricas.indd 71 16/07/12 15:05

73. 72 Unidad 3
De esta forma, si los devanados se montan sobre un circuito magnético cerrado,
como es el de un transformador, los terminales homólogos, marcados con un
punto, son los mostrados en la figura.
V1
V1 V2
V1 V2
V2
I1
V1
V2
I1
I2
I1
I2
I2
V1 V2
I1
I2
V1
V2
Caso A
Caso B
a Figura 3.4. Terminales homólogos.
ejemplo
Supóngase un transformador monofásico en el que el devanado prima-
rio está diseñado para ser conectado a 230 V, y el secundario está cons-
tituido por cuatro bobinas individuales, las cuales están diseñadas para
entregar 50 V cada una de ellas.
Primario
Secundario
230 V
50 V 50 V 50 V 50 V
a Figura 3.5. Transformador didáctico.
Los terminales homólogos de cada una de las bobinas se han marcado con
un punto.
En la fase de construcción de los
devanados es importante tener en
cuenta el sentido en el que se arro-
llan las diferentes bobinas, ya que
permitirá identificar los terminales
que son homólogos.
caso práctico inicial
03 Maquinas electricas.indd 72 16/07/12 15:05

74. Transformadores 73
Así, si se conectan las bobinas del secundario de tal forma que el terminal de
una bobina se conecta con su no homólogo de la siguiente, todas quedan
en serie y la corriente en todas ellas tiene el mismo sentido. De este modo,
las fuerzas electromotrices individuales están en fase y, por tanto, se suman.
Si se conecta un voltímetro en los bornes del conjunto, se obtiene una tensión
resultante de 200 V, que corresponde a la suma de las tensiones parciales de
cada una de las bobinas.
230 V
50 V
50 V
50 V
50 V
V
a b c d
a Figura 3.6. Ejemplo de conexión 1.
Sin embargo, si dos de las bobinas, como ocurre con la c y d de la figura, se
unen por sus terminales homólogos, sus fuerzas electromotrices se oponen y,
por tanto, se anulan la una a la otra.
Así, si se mide con un voltímetro la tensión en los bornes del conjunto, se
observa que es de 100 V, que corresponde a las dos bobinas, cuyas fuerzas
electromotrices están en fase.
230 V
50 V
50 V
50 V
50 V
V
100 V
a b c d
a Figura 3.7. Ejemplo de conexión 2.
03 Maquinas electricas.indd 73 16/07/12 15:05

75. 74 Unidad 3
2. Clasificación
de los transformadores
Esta propiedad de transformación es aprovechada en diferentes ámbitos tecno-
lógicos. Los transformadores se utilizan tanto en dispositivos domésticos como
industriales.
Pero, además de las aplicaciones mencionadas, es conveniente conocer su uso en
grandes sistemas de tratamiento y distribución de energía eléctrica.
Para desarrollar una clasificación de los transformadores atenderemos a diferentes
conceptos como son el nivel de tensión, el número de fases de alimentación y, por
último, el modo de construcción.
2.1. Por el nivel de tensión
Todos los transformadores son reversibles. Esto quiere decir que si se aplica una
tensión alterna a cualquiera de sus devanados, se obtiene en el devanado contra-
rio otra tensión proporcional según la relación de transformación.
En este sentido se puede decir que los transformadores pueden clasificarse como
reductores o elevadores.
• Los reductores son aquellos que transforman la tensión aplicada al primario en
una tensión menor. Un ejemplo de este tipo de transformador es el utilizado en
muchos electrodomésticos, que reducen la tensión de la red eléctrica de 230 V
a la tensión necesaria (5, 12, 24 V) para el funcionamiento de la circuitería
interna del dispositivo.
• Los elevadores tienen el efecto contrario, es decir, la tensión del secundario
es de valor superior a la aplicada en el primario. Un ejemplo de este tipo de
transformadores es el utilizado en las líneas de distribución para facilitar el
transporte de la energía, ya que a mayor tensión, menor es la sección de los
conductores eléctricos utilizados.
Así, se puede decir que la relación de transformación también se puede calcular
en función de la tensión aplicada al primario V1
respecto a la del secundario
V2
, o de forma análoga a la relación entre las corrientes que circulan por ambos
devanados.
m =
V1
V2
=
I2
I1
2.2. Por el número de fases de alimentación
Según el número de fases del sistema de alimentación, los transformadores pue-
den ser principalmente monofásicos y trifásicos.
Monofásicos
Los transformadores monofásicos están constituidos por un devanado primario y
otro secundario. El primario es alimentado por un sistema de corriente monofási-
co y, por tanto, en el secundario se obtiene otro similar proporcional en función
de la relación de transformación.
a Figura 3.8. Transformador para
pequeñas aplicaciones (Cortesía
de Roqmo S.L.).
a Figura 3.9. Transformador para
aplicación industrial (Cortesía de
Siemens).
a Figura 3.10. Transformador de
distribución (Cortesía de Power
Solutions).
Si el sistema de alimentación lo
requiere, los transformadores tam-
bién pueden construirse con otro
número de fases, por ejemplo,
hexafásicos.
saber más
03 Maquinas electricas.indd 74 16/07/12 15:05

76. Transformadores 75
En ocasiones, uno o los dos devanados de este tipo de trasformador pueden
disponer de un sistema de conexión multitoma, que permite trabajar con
diferentes valores de tensión. En la figura 3.12 del margen se muestra un
transformador en el que el devanado de la izquierda, se puede conectar tanto
a 125 V como a 230 V. De este modo, en el devanado de la derecha se pueden
obtener varias tensiones (5, 9, 12 y 18 V) tomando como referencia la toma
0 V y cualquiera de las demás.
Primario
Secundario
L N
230 V
230 V
12 V
12 V
a Figura 3.11. Transformador monofásico.
Trifásicos
Están constituidos por tres grupos de bobinas, uno por cada devanado, pudién-
dose conectar entre ellas de diferentes formas (estrella, triángulo o zig-zag). Se
alimentan mediante un sistema trifásico de corriente alterna, por tanto, en el
secundario también se obtendrá un sistema similar proporcional al primero en
función de la relación de transformación. En general, su construcción es más
compleja que la de los monofásicos, ya que cada fase requiere tres bobinas para el
devanado primario y otras tres para el secundario. Más adelante se estudiaran las
diferentes posibilidades de conexión de este tipo de transformadores y cuáles son
sus relaciones de transformación.
Primario
Secundario
L1 L2 L3
Primario
Secundario
a Figura 3.13. Transformador trifásico.
0 V
125 V
230 V
0 V
5 V
9 V
12 V
18 V
a Figura 3.12. Transformador mo-
nofásico multitoma.
Las partes del núcleo sobre las que
se arrollan las bobinas se denomi-
nan columnas. Las partes inferior
y superior que cierran el circuito
magnético, y que no disponen
de devanados, se llaman yugo y
culata, respectivamente.
saber más
03 Maquinas electricas.indd 75 16/07/12 15:05

77. 76 Unidad 3
2.3. Por su construcción
Los transformadores, tanto monofásicos como trifásicos, presentan diferentes
configuraciones en función del tipo de núcleo y de la disposición de los devana-
dos sobre él.
Transformadores monofásicos de columnas
Ambos devanados están montados en diferentes columnas del núcleo. Si bien esta
configuración es completamente válida, no es habitual encontrar transformadores co-
merciales con esta disposición, ya que ocupan más espacio que los de tipo acorazado.
Núcleo
Primario Secundario
a Figura 3.14. Transformador monofásico de columnas.
Transformadores monofásicos acorazados
Es la configuración más utilizada para la fabricación de transformadores mo-
nofásicos. Consiste en utilizar un núcleo cerrado de tres columnas, en el que la
del centro es el doble de ancha que las laterales. En este caso, ambos devanados
(primario y secundario), se encuentran bobinados en la columna central.
Núcleo
Los dos
devanados
Primario
Secundario
a Figura 3.15. Transformador monofásico acorazado.
Transformadores trifásicos de tres columnas
Es la configuración más utilizada para trifásicos. En este caso el núcleo está for-
mado por tres columnas de igual tamaño. En cada una de ellas se disponen las
bobinas del primario y secundario, correspondientes a una de las fases. La inter-
conexión entre las diferentes bobinas se hace en el exterior.
Conexiones del primario
Conexiones del secundario
a Figura 3.16. Transformador trifásico de tres columnas.
La configuración basada en un
núcleo de tres columnas es la más
utilizada para transformadores tri-
fásicos de baja potencia.
caso práctico inicial
03 Maquinas electricas.indd 76 16/07/12 15:06

78. Transformadores 77
Transformadores trifásicos de cinco columnas
Esta configuración permite cerrar el circuito magnético de una forma similar a
como se hace en un acorazado monofásico. En las columnas centrales se alojan
los devanados, dejando sin bobinas las de los extremos. Con esta configuración se
consigue una menor sección en la culata y una reducción del campo de dispersión.
Conexiones del primario
Conexiones del secundario
a Figura 3.17. Transformador trifásico de cinco columnas.
Transformadores trifásicos acorazados
Esta configuración es similar a la unión de tres transformadores monofásicos aco-
razados sobre un núcleo común. Se utilizan especialmente en trasformadores de
muy alta potencia para centrales y centros de transformación.
Primario
Secundario
Primario
Secundario
Primario
Secundario
a Figura 3.18. Transformador trifásico acorazado.
Transformador toroidal
En este tipo de transformadores el núcleo magnético tiene forma de disco o
toroide. Presenta numerosas ventajas frente a los acorazados, siendo algunas de
ellas las siguientes: mejor rendimiento, bajo ruido, menor calentamiento debido
a corrientes de Foucault y tamaño mucho más reducido. Sin embargo, su cons-
trucción es más compleja y costosa que los de columnas.
a Figura 3.19. Transformadores toroidales (Cortesía de Torivac).
03 Maquinas electricas.indd 77 16/07/12 15:06

79. 78 Unidad 3
Autotransformador
Un autotransformador es un transformador formado por un solo devanado, el
cual dispone de bornes para el primario y para el secundario, teniendo ambos una
toma común.
El devanado de mayor número de espiras (N1
) es el destinado a la tensión mayor.
El que utiliza la toma intermedia y, por tanto, el de menor número de espiras (N2
)
es el destinado a la tensión menor.
La relación de transformación de un autotransformador es:
m =
N1
N2
=
V1
V2
=
I2
I1
Al conectar una carga al devanado secundario, la corriente que circula en la
parte común del devanado lo hace en sentido contrario al del devanado princi-
pal. Por este motivo la corriente del tramo del devanado común IC
es igual a la
diferencia de las otras dos, es decir, IC
= I1
– I2
. Este comportamiento presenta
numerosas ventajas respecto a un transformador con dos devanados, ya que
permite utilizar un conductor de menor diámetro, reducir el número de espiras
y utilizar un núcleo de hierro de menor sección. Esto hace que el tamaño y el ca-
lentamiento sean menores, siendo, por tanto, más bajo su coste de fabricación.
Una característica funcional del autotransformador es la posibilidad de regular
tensión si el punto intermedio se instala sobre un sistema conexión móvil basado
en una escobilla. Este sistema se conecta sobre diferentes partes del devanado
principal en función de la posición del elemento móvil, que a su vez se encuentra
arrollado sobre un núcleo de tipo toroidal.
A los autotransformadores regulables se les suele denominar Variac y son de tipo
monofásico. No obstante, si se montan en tándem tres Variac iguales, de forma
que un sistema mecánico pueda mover a la vez las escobillas, se obtiene un siste-
ma trifásico de regulación de tensión.
a Figura 3.20. Autotransformador
regulable (Cortesía de Variac).
N1
N2
V1
V2
I1
I2
Ic
a Figura 3.21. Autotransformador.
a Figura 3.22. Detalle interno de un auto-
transformador regulable (Cortesía de AIGER).
1U 1V 1W N
2U 2V 2W N
a Figura 3.23. Variac trifásico.
Los Variac de tipo trifásico son de
gran utilizad en el taller de repa-
ración de máquinas eléctricas, ya
que con ellos es posible realizar
diferentes comprobaciones y ensa-
yos en diferentes condiciones de
alimentación.
saber más
03 Maquinas electricas.indd 78 16/07/12 15:06

80. Transformadores 79
3. Materiales constructivos
de los transformadores
Los materiales a tener en cuenta para construir un transformador son:
• En el circuito eléctrico: hilo esmaltado, carretes para alojar devanados y ais-
lante de diferentes tipos (laminados, tubos flexibles, etc.).
• En el circuito magnético: la chapa que lo constituye.
Algunos de estos materiales ya han sido estudiados en la unidad anterior, por lo
que aquí solamente se tratarán aquellas características requeridas para el cálculo
y montaje de transformadores.
3.1. Hilo de cobre esmaltado
Los devanados de los transformadores de baja potencia, que son los que estudia-
remos, se construyen usando hilo esmaltado. No obstante, debes saber que los
transformadores de gran potencia, en lugar de este tipo de conductor eléctrico,
pueden usar pletinas de cobre (o aluminio) aisladas con esmalte.
Las bobinas que forman los devanados de un transformador, al conectarlas a un
sistema de alimentación de corriente alterna, se comportan igual que otro tipo
de receptores. Esto hace que cuando por ellos circule una corriente eléctrica, se
presenten efectos debido a su impedancia que provocan pérdidas de potencia de-
nominadas pérdidas en el cobre (PCu
). Dichas pérdidas se pueden obtener de forma
experimental mediante el ensayo de vacío del transformador; sin embargo, para
agilizar el cálculo se utiliza el denominado factor de pérdidas (KCu
), que se establece
de forma empírica en función de la potencia del transformador.
Potencia en el secundario (VA) 7 10 15 68 75 100 120 180 250 700 1000 2000
Factor de pérdidas en el cobre (KCu
) 1,3 1,25 1,2 1,1 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,03 1,025 1,015
3.2. Chapa magnética
La chapa magnética es el elemento con el que se construye el núcleo del transfor-
mador. En él se producen el mayor número de pérdidas (denominadas pérdidas en
el hierro PFe
), por lo que una buena elección de los materiales es transcendental
para optimizar el funcionamiento.
Dos son los efectos que hay que amortiguar para reducir dichas pérdidas:
• corrientes parásitas o de Foucault,
• ciclo de histéresis.
Para evitar los efectos de las corrientes parásitas o de Foucault, el núcleo se consti-
tuye apilando finas chapas magnéticas (entre 0,3 y 0,5 mm) debidamente aisladas
por ambas caras. Este aislamiento se consigue mediante el tratamiento químico
de un material inorgánico denominado Carlite, que evita el contacto directo de
unas con otras. Para el cálculo geométrico del número de chapas que se pueden
insertar en una ventana de carrete, es necesario aplicar el denominado factor de
apilamiento (Kep
), que es un valor comprendido entre 0,9 (para el tratamiento
químico más basto) y 0,97 (para el más fino). No obstante, si se desconoce dicho
dato, se debe optar por elegir el valor más desfavorable, es decir, 0,9.
Las pérdidas en el hierro (PFe
)
representan la potencia que el
transformador desperdicia a través
del núcleo magnético.
caso práctico inicial
Las chapas magnéticas están aisla-
das por ambas caras para evitar
que unas estén en contacto con
otras, así se reducen los efectos de
las corrientes de Foucault.
caso práctico inicial
03 Maquinas electricas.indd 79 16/07/12 15:06

81. 80 Unidad 3
La chapa magnética se fabrica con un porcentaje de silicio (aproximadamente
un 3%), haciendo así que el ciclo de histéresis sea más estrecho y que el núcleo
presente menor remanencia.
En función de su proceso de laminación, las chapas magnéticas pueden ser de
dos tipos:
• de grano no orientado,
• de grano orientado.
La laminación de las chapas de grano orientado se hace en frío (al contrario que
las de grano no orientado), permitiendo así la ordenación de los cristales que la
constituyen. Esto mejora la permeabilidad magnética y, con ello, el comporta-
miento ante la circulación de los campos magnéticos.
El valor de pérdidas en el hierro lo facilita el fabricante y se da en unidades de
potencia por unidad de masa (W/kg).
La siguiente tabla muestra a modo de ejemplo las pérdidas en el hierro para ambos
tipo de chapa a diferentes valores de inducción magnética y a dos frecuencias
determinadas.
PÉRDIDAS EN EL HIERRO MÁXIMAS DADAS POR UN FABRICANTE (W/Kg)
Inducción magnética 1,0 T 1,5 T 1,7 T
Chapa de grano orientado
50 Hz 0,58 1,24
60 Hz 1,12 1,63
Chapa de grano no orientado
50 Hz 2,3 5,4
60 Hz 2,91 6,84
Chapa normalizada para transformadores
La chapa para trasformadores de pequeña potencia (inferiores a 1500 VA)
está normalizada y se distribuye con las formas E-I para facilitar el montaje del
núcleo.
En los transformadores de tipo monofásico, la columna central (C) de la chapa
es el doble que las laterales. Todas las partes de este tipo de núcleo son proporcio-
nales a dicha columna según se muestra en la figura 3.25.
El paquete de chapas de un transformador debe fijarse mediante un juego de tor-
nillos o pernos para formar un paquete compacto del conjunto. Esto evitará que
con el funcionamiento se produzcan vibraciones.
Tornillo
Tubo aislante flexible
a Figura 3.26. Aislamiento de tornillos.
Los elementos de fijación deben estar aislados convenientemente mediante un
tubo flexible o un manguito de material termoretráctil para evitar que las chapas
queden conectadas entre sí.
a Figura 3.24. Detalle de chapas
magnéticas que forman parte de
un transformador.
En la primera unidad puedes com-
parar mediante una gráfica las cur-
vas de magnetización correspon-
dientes a diferentes tipos de chapas
utilizadas en máquinas eléctricas.
recuerda
Si se desconoce el dato de la
inducción magnética de un tipo de
chapa, se suele asignar 1 T para las
de tipo de grano no orientado, y
entre 1,3 y 1,5 T para las de grano
orientado.
saber más
C/2 C/2 C C/2 C/2
4·C/2
3·C
C/2
a Figura 3.25. Dimensiones de la
chapa E-I de transformadores mo-
nofásicos de pequeña potencia.
03 Maquinas electricas.indd 80 16/07/12 15:06

82. Transformadores 81
En la siguiente tabla se muestran algunas medidas de chapas normalizadas E-I
para transformadores.
DIMENSIONES (mm) CHAPAS E-I PARA TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS
Columna
central
Columnas
laterales
Longitud
chapas E-I
Altura
chapa E
Altura
chapa I
Proporciones
respecto a C
C C/2 3C 4C/2 C/2
14 42 42 28 7
16 8 48 32 8
20 10 60 40 10
22 11 66 44 11
25 12,5 75 50 12,5
26 13 78 52 13
28 14 84 56 14
29 14,5 87 58 14,5
32 16 96 64 16
35 17,5 105 70 17,5
40 20 120 80 20
42 21 126 84 21
50 25 150 100 25
60 30 180 120 30
En los transformadores trifásicos todas las columnas son iguales. Así, de la
misma forma que en las chapas destinadas a los transformadores monofásicos,
las dimensiones de conjunto que forma el núcleo son proporcionales a una de
estas columnas.
La siguiente tabla muestra algunos tipos y medidas de chapas normalizadas E-I
para transformadores trifásicos.
DIMENSIONES (mm) CHAPAS E-I PARA TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS
Ancho columnas Ancho chapa I Altura chapa E Ancho chapas E-I
C C 4C 5C
10 10 40 50
16 16 64 80
20 20 80 100
25 25 100 125
30 30 120 150
35 35 140 175
38 38 152 190
40 40 160 200
44 44 176 220
50 50 200 250
56 56 224 280
60 60 240 300
4·C
C
C C C C C
5·C
a Figura 3.27. Dimensiones de las
chapas E-I para transformadores
trifásicos.
La chapa magnética utilizada para
los transformadores trifásicos es
la misma que para los monofási-
cos; sin embargo, está troquelada
de diferente manera. La de los
monofásicos tiene una columna
central que es el doble que las
otras dos, y la de los trifásicos dis-
pone de tres columnas iguales.
caso práctico inicial
03 Maquinas electricas.indd 81 16/07/12 15:06

83. 82 Unidad 3
3.3. Carretes aislantes
Los carretes son los elementos destinados a alojar los devanados del trans-
formador. Son de material aislante rígido y sus dimensiones se encuentran
normalizadas.
Desde el punto de vista del cálculo eléctrico del transformador, el área de la
ventana del carrete (A x H) es el dato más importante, ya que la potencia está
definida en función de la sección del núcleo magnético que en él se aloja.
Sección del
núcleo (Sn
)
Carrete
Chapa
magnética
a Figura 3.29. Detalle del núcleo magnético en el interior de un carrete.
A continuación se muestra una tabla con las dimensiones de la ventana de algu-
nos tipos de carretes comerciales. Más adelante, cuando se proceda al cálculo del
transformador, tendremos que recurrir a ella.
A 28 28 33 33 33 33 33 36 36 36 38 38
H 32 50 33 39 44 54 59 36 40 47 38 43
A 38 38 40 40 42 42 42 45 50 50 50 64
H 50 60 40 50 42 50 60 50 50 60 80 64
Para que el núcleo se pueda montar con facilidad, la columna de chapa debe
tener un ancho de entre 1 y 3 mm menor que el ancho de la ventada del carrete.
Además, la ventana del núcleo debe permitir alojar el devanado en ambos lados
del carrete una vez que se ha bobinado sobre él.
3.4. Otros aislantes
La construcción de un transformador de baja potencia requiere, además del carre-
te, otros materiales aislantes como son:
• aislantes laminados flexibles para serpear eléctricamente los diferentes con-
ductores que forman los devanados,
• tubos flexibles para aislar los terminales que salen al exterior.
Hilos del devanado primario
Hilos del devanado secundario
Aislante entre capas
Carrete
a Figura 3.32. Detalle de separación de las capas de los devanados.
Los carretes disponen de orificios o
ranuras en sus caras laterales que
se utilizan para sacar al exterior
los terminales de conexión de los
devanados.
saber más
H
A
Ventana del
carrete
a Figura 3.28. Carrete aislante.
a Figura 3.30. Carrete en el inte-
rior de un núcleo acorazado.
a Figura 3.31. Detalle de aisla-
miento de capas y terminales en
la construcción de un devanado.
El carrete es el principal elemento
de aislamiento entre el devanado
y el núcleo.
caso práctico inicial
03 Maquinas electricas.indd 82 16/07/12 15:06

84. Transformadores 83
4. Características eléctricas
de un transformador
A continuación se muestran algunas de las características que se deben tener en
cuenta para proceder al cálculo de transformadores.
• Tensión del primario (V1
). Es la tensión en voltios con la que se va a alimentar
el devanado primario del transformador.
• Tensión del secundario (V2
). Es la tensión en voltios que se va obtener en los
bornes del secundario tras la transformación.
• Caída de tensión. Es la diferencia de tensión que entrega el devanado secunda-
rio respecto a la que debería entregar una vez conectada una carga a la máxima
potencia.
• Corriente del primario (I1
). Corriente en amperios que circula por el devana-
do del primario.
• Corriente del secundario (I2
). Corriente en amperios que circula por el de-
vanado del secundario. Las corrientes máximas, tanto del primario como del
secundario, estarán dictadas por la potencia del transformador.
• Frecuencia (F). Frecuencia en hercios de la red de alimentación.
• Potencia aparente (S). La potencia aparente expresada en VA (Voltiamperios)
es el resultado del producto de la tensión en el secundario por la corriente
máxima que circula por ese devanado.
S = V2
· I2
Dicho de otra forma, conociendo la potencia de un transformador en VA y la
tensión del secundario V2
, se puede calcular la corriente máxima I2
que puede
circular por este devanado. Dicha potencia corresponde a la de un transfor-
mador ideal, ya que en la práctica hay que tener en cuenta la potencia que se
disipa por las pérdidas en el cobre y en el hierro.
• Densidad de corriente (J). Es la unidad de corriente eléctrica que circula por
unidad de superficie, se mide en A/mm2
.
El dato de densidad de corriente se toma de forma empírica. Así, para un valor
extremo de densidad, el transformador es económicamente rentable al utilizar un
núcleo más pequeño y un diámetro de conductor más reducido. Sin embargo, se
corre el riesgo de sufrir un calentamiento inaceptable en sus devanados, además
de una importante caída de tensión. Por el contrario, si la densidad de corriente
es baja en exceso, puede ocurrir que el devanado tenga tales dimensiones que no
se pueda construir físicamente o bien que no sea rentable.
A pesar de que el dato para la densidad de corriente se elige de forma expe-
rimental, aquí se muestra una tabla que puede servir como referencia para
el cálculo. En ella aparecen diferentes valores en función de la potencia del
transformador.
Potencia ( VA) 5 10 50 100 200 1000 1500 2000
J (A/mm2
) 6 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,7
En corriente alterna se han de tener
en cuenta tres tipos de potencias:
Potencia aparente:
S = V · I (VA)
Potencia activa:
P = V · I · cos φ (W)
Potencia reactiva:
Q = V · I · sen φ (VAr)
recuerda
En el cálculo destinado a la cons-
trucción de transformadores, al-
gunos datos son tomados de for-
ma empírica. Es decir, se toman de
forma arbitraria en función de los
resultados obtenidos con la expe-
rimentación. Algunos de ellos son
la densidad de corriente o el ren-
dimiento.
caso práctico inicial
03 Maquinas electricas.indd 83 16/07/12 15:06

85. 84 Unidad 3
• Rendimiento. Un transformador es una máquina que dispone de un alto ren-
dimiento (superior al 90%), no obstante, como ya sabes, en él se producen
pérdidas en hierro (PFe
) y el cobre (PCu
), que hacen que la potencia del trans-
formador, una vez conectado a plena carga, no corresponda con la calculada
previamente. Si bien en transformadores de pequeña potencia, el dato del
rendimiento puede obviarse, no ocurre lo mismo cuando se habla de transfor-
madores de mayor potencia.
Potencia
real
Pérdidas
en el hierro
Pérdidas en el cobre
(Primario y secuandario)
Potencia
ideal
PFe
PCu
<100%
100%
a Figura 3.33. Esquema general de potencia de un transformador real.
El rendimiento se da en tanto por ciento (%) y se establece de forma empírica
como el cociente entre la potencia activa del devanado secundario (P2
) y la po-
tencia activa del primario (P1
), multiplicado todo por 100.
Como la potencia del primario es la suma de la potencia entregada a la carga y de
las pérdidas en el cobre y en el hierro, se puede decir de forma aproximada que
el rendimiento es:
η =
P2
P1
· 100 =
P2
P2
+ PFe
+ PCu
· 100
No obstante, y para agilizar el cálculo sin necesidad de conocer las pérdidas en el
hierro y en el cobre, se utilizarán los valores del rendimiento de esta tabla, estable-
cidos de forma experimental en función de la potencia aparente del transformador.
S (VA) 5 10 20 50 100 250 500 1000 2000
η (%) 63 71 78 84 89 93 95 96 96,5
El rendimiento de un transforma-
dor es más elevado a medida que
aumenta su potencia.
caso práctico inicial
ejemplo
Si la tensión del secundario de un transformador monofásico es de 80 V y
la corriente de 6 A, qué valores de densidad de corriente y del rendimien-
to serán necesarios para el diseño de los devanados del transformador.
Solución
La potencia aparente (S) en VA se calcula mediante la expresión:
S = V2
· S2
= 80· 6 = 480 VA
Conociendo la potencia aparente, la densidad de corriente y el rendimiento
se toman de las tablas vistas anteriormente. En ambos casos el valor se elige
para la potencia superior más próxima
• La densidad de corriente es de J = 2 A/mm2
para el valor de potencia de 1000 VA.
• El rendimiento es del η = 95% para la potencia más próxima de 500 VA.
03 Maquinas electricas.indd 84 16/07/12 15:06

86. Transformadores 85
5. Cálculo de un transformador
monofásico
Existen dos variantes del cálculo de un transformador:
• Tomando como referencia unos materiales de partida, como pueden ser la
chapa magnética y el carrete, los cálculos se realizan con el objetivo de sacar
la máxima potencia máxima para ellos.
• Realizar los cálculos para conseguir una potencia determinada y eligir los ma-
teriales (carrete y chapa magnética) para conseguir dichos resultados.
En cualquier caso, las expresiones de cálculo son las mismas, pero aplicadas ini-
cialmente en un orden diferente.
Algunos datos para el cálculo de transformadores, tanto monofásicos como
trifásicos, se toman de forma empírica, estos son: la inducción magnética de
la chapa en Teslas, la densidad de corriente en A/mm2
, el rendimiento y el
factor por pérdidas en el cobre. En cualquiera de estos casos, dichos valores se
seleccionarán desde alguna de las tablas que se han mostrado anteriormente.
5.1. Proceso de cálculo
Los pasos 1, 2 y 3 son diferentes en función de si el cálculo se realiza para una
potencia (caso 1) o para unos materiales (caso 2) determinados.
Caso 1 Caso 2
Potencia
?
?
¿Potencia?
Datos de partida
Los datos conocidos en ambos casos son los siguientes:
V1
: Tensión del primario en voltios.
V2
: Tensión del secundario en voltios.
F: Frecuencia en Hz.
En el contexto del caso 1: En el contexto del caso 2:
Q: Potencia aparente (VA) que se de- A y H: Dimensiones en cm del núcleo
sea conseguir. que se desea conocer.
Es importante conocer el ancho
de la columna de la chapa, ya
que puede ser algo menor que el
ancho de la ventana del carrete.
En este caso, la sección se puede
calcular con mayor precisión con
las dimensiones del núcleo y no
con la ventana del carrete.
saber más
Sección del
núcleo (Sn
)
a Figura 3.34. Sección del núcleo
magnético.
La sección del núcleo es el área de
la columna central de un transfor-
mador monofásico. De sus dimen-
siones depende la potencia del
transformador. A mayor sección,
mayor potencia, y viceversa.
caso práctico inicial
03 Maquinas electricas.indd 85 16/07/12 15:06

87. 86 Unidad 3
Paso 1
Para los dos casos se debe calcular la sección del núcleo magnético (Sn
) en cm2
.
Conociendo la potencia aparente S es
posible obtener de forma aproximada
la sección del núcleo magnético.
S k S
n = ⋅
Conociendo la altura (H) y el acho
(A) de ventana se puede obtener la
sección del núcleo mediante el pro-
ductos de ambos valores:
S A H
n = ⋅
La constante k permite optimizar la sección del carrete para una determinada
sección de núcleo. Se puede omitir, pero es recomendable utilizar un valor de
1,1.
Paso 2
En el caso 2 no tenemos aún el valor de la potencia aparente, lo calcularemos una
vez conocida la sección del núcleo.
S
S
k
n
=






2
Paso 3 (A partir de aquí, los cálculos son los mismos para ambos casos)
Se calcula la corriente del primario:
I
S
V
1
1
=
Paso 4
Se calcula la corriente del secundario teniendo en cuenta el rendimiento (η), que
se elige en función de la potencia según la tabla vista con anterioridad.
I
S
V
2
2
= ⋅
η
Nota. El rendimiento debe ser expresado en decimal. Para ello se divide la notación en
% entre 100 y se obtiene el número que hay que utilizar.
Paso 5
Se obtienen los voltios por espira:
V F B S
esp n
= ⋅ ⋅ ⋅
4 44
, F: Frecuencia en Hz
B: Inducción en Teslas
Sn
: Sección del núcleo
Los valores de la inducción se toman de forma empírica, siendo los habituales 1 T
para las chapas de grano no orientado y 1,5 T para la chapas de grano orientado.
En el segundo caso, incluso se podría llegar hasta valores de 1,7 T si el fabricante
así lo dice.
Con frecuencia se denomina arro-
llamientos a las bobinas de las
máquinas eléctricas.
recuerda
03 Maquinas electricas.indd 86 16/07/12 15:06

88. Transformadores 87
Paso 6
Se calculan las espiras de ambos devanados:
N
V
F S B
n
1
1
4 44
=
⋅ ⋅ ⋅
,
N
V
F S B
n
2
2
4 44
=
⋅ ⋅ ⋅
,
Siendo N1
el número de espiras del primario y N2
el número de espiras del secun-
dario.
Paso 7
Los valores obtenidos en el paso anterior corresponden al transformador ideal sin
considerar las pérdidas en el cobre. Para una aproximación real, se debe aplicar el
factor de pérdidas en el cobre (KCu
) sobre las espiras de ambos devanados.
N N K
real Cu
1 1
= ⋅ N N K
real Cu
2 2
= ⋅
El valor KCu
se elige en función de la potencia del secundario según se indica en
la tabla correspondiente vista anteriormente.
Paso 8
Se calcula la sección de los conductores (mm2
) para los devanados primario y
secundario según la densidad de corriente (J).
S
I
J
primario = 1
S
I
J
i o = 2
El valor de J se selecciona en función de la potencia en la tabla de densidades
vista con anterioridad.
Paso 9
Como los conductores de hilo esmaltados se eligen por diámetro y no por su sec-
ción, se calcula utilizando la expresión del área del círculo.
∅ =
⋅
1
4 Sprimario
π
∅ =
⋅
2
4 Ssecundario
π
Se debe elegir el diámetro comercial superior más próximo.
Paso 10
El valor calculado para la sección del núcleo Sn
puede ser válido según se ha
visto anteriormente. Sin embargo, en dicho cálculo no se ha considerado el ais-
lamiento de las chapas. Por lo tanto, si el núcleo se ajusta apilando chapas para
conseguir el valor de Sn
, se estará cometiendo un error al no tener en cuenta el
espacio ocupado por dicho aislamiento.
Así, para calcular la ventana del carrete que permita alojar el núcleo real Snúcleo real
de chapa magnética, debe dividir Sn
por el factor de apilamiento (Kap
).
S
S
K
núcleo real
n
ap
=
En la ecuación para el cálculo de
las espiras por devanado, el pro-
ducto de la sección del núcleo por
la inducción magnética represen-
ta el valor de flujo magnético en
Weber.
φ = ⋅
S B
n
saber más
Español-Inglés
Pérdidas en el hierro: iron loss
Pérdidas en el cobre: copper loss
Rendimiento: efficiency
Resistencia del devanado:
winding resistance
vocabulario
03 Maquinas electricas.indd 87 16/07/12 15:06

89. 88 Unidad 3
Si el factor de apilamiento no se conoce por las características de dadas por
el fabricante de la chapa magnética, se puede utilizar un valor de 0,9 como
estándar
Paso 11
Se establecen las dimensiones A y H de la ventana del carrete.
Conociendo la sección real del núcleo Snúcleo real
y considerando que la ventana es
cuadrada (A = H), se calcula uno de sus lados:
A Snúcleo real
=
Así, se busca un carrete comercial cuyo ancho de venta coincida con el lado A. Si
esto es así, el carrete debe tener una ventana coincidente en ancho y alto. Si no
es posible hacer coincidir un carrete comercial con el resultado de A, se tomará
uno próximo y se calculara la altura H de la siguiente manera.
H
S
A
núcleo real
=
Paso 12
Se selecciona el tipo de chapa eligiendo un espesor (Echp
) y el ancho de columna
para que se pueda alojar en el carrete.
Conociendo el espesor de la chapa y la altura del carrete, se calcula el número de
chapas necesarias para cubrir H.
N
H
E
chapas
chp
=
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo de un transformado
que tiene los siguientes datos de partida:
• Tensión del primario V1
: 230 V
• Tensión del secundario V2
: 100 V
• Frecuencia F: 50 Hz
• Potencia aparente S: 75 VA
Datosempíricos,tomadosdelastablasvistasanteriormente,paraunapoten-
cia de 75 VA.
• Se va a utiliza chapa de grano orientado de 1,3 T.
• Rendimiento η de 84%.
• Factor de pérdidas en el cobre KCu
: 1,09
• Densidad de corriente 3,5 A/mm2
.
• Factor de apilamiento de la chapa Kap
: 0,9
A
A
H
H = A
Snr
Snr
a Figura 3.35. Área de ventanas
en carretes.
H
Número
de
chapas
a Figura 3.36. Número de chapas
en la ventana de un carrete.
03 Maquinas electricas.indd 88 16/07/12 15:06

90. Transformadores 89
Para realizar el cálculo del transformador seguiremos los siguientes pasos:
Paso 1
Hallamos la sección del núcleo a partir de la potencia deseada. Utilizamos un
valor de 1,1 para la constante K.
S K S
n = ⋅ = ⋅ =
11 75 9 53 2
, , cm
Paso 2
En este caso no es necesario.
Paso 3
Hallamos la corriente del primario.
I
S
V
1
1
75
230
0 326
= = = , A
Paso 4
Hallamos la corriente del secundario para un rendimiento η del 84%.
I
S
V
2
2
0 84
75
100
0 63
= ⋅ = ⋅ =
η , , A
Paso 5
Calculamos el número de voltios por espira.
V F B S
esp n
= ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =
−
4 44 4 44 50 1 3 9 53 10 0
4
, , , ( , ) , 2
275 V
Nota. La sección el núcleo debe darse en m2
, por eso se realiza la operación
9,53 cm2
= 9,53·10-4
m2
.
Paso 6
Calculamos el número de espiras de cada uno de los devanados.
N
V
F S B
N
V
n
1
1
2
2
4 44
230
0 275
837
4
=
⋅ ⋅ ⋅
= =
=
, ,
,
espiras
4
44
100
0 275
364
⋅ ⋅ ⋅
= =
F S B
n ,
espiras
El número de espiras corresponde al de un transformador ideal sin pérdidas en
el cobre. A continuación las consideraremos.
Paso 7
El número de espiras reales aplicando un factor de pérdidas en el cobre (KCu
)
de 1,09 es:
N N K
N N
real Cu
real
1 1
2 2
837 1 09 913
= ⋅ = ⋅ =
= ⋅
, espiras
K
KCu = ⋅ =
364 1 09 397
, espiras
(continúa)
03 Maquinas electricas.indd 89 16/07/12 15:06

91. 90 Unidad 3
Paso 8
Calculamos la sección de los conductores de ambos devanados teniendo
en cuenta que la densidad de corriente para un transformador de 75 VA es
3,5 A/mm2
.
S
I
J
S
primario
secundario
= = =
=
1 0 326
3 5
,
,
0,093mm2
I
I
J
2 0 63
3 5
= =
,
,
0,18mm2
Paso 9
Hallamos el diámetro en cada caso.
∅ =
⋅
=
⋅
=
∅ =
⋅
1
2
4 4 0 093
0 34
4
S
S
primario
secund
π π
,
, mm
a
ario
π π
=
⋅
=
4 0 18
0 48
,
, mm
Se deben elegir los diámetros comerciales más próximos. En este caso para el
devanado primario será de 0,35 mm, y para el secundario de 0,5 mm.
Paso 10
Sección real del núcleo teniendo en cuenta un factor de apilamiento de la chapa
de 0,9.
S
S
K
núcleo real
n
ap
= = =
9 53
0 9
10 59
,
,
, cm2
Paso 11
Consideraremos el carrete como cuadrado. Así, las dimensiones quedan:
A Snr
= = =
10 59 3 3 33
, , cm mm
Se elige un carrete comercial de 33 x 33 mm de ventana.
Paso 12
Número de chapas apiladas sabiendo que la chapa elegida es de 0,35 mm.
N
H
E
chapas
chp
= = =
33
0 35
94
,
chapas
Finalmente, el transformador queda:
Primario:
= 230 V
= 50 Hz
Espiras = 913
= 0,35 mm
Secundario:
= 100 V
= 50 Hz
Espiras = 397
= 0,5 mm
75 VA
(continuación)
03 Maquinas electricas.indd 90 16/07/12 15:06

92. Transformadores 91
6. Cálculo de transformadores
trifásicos
El cálculo de un transformador trifásico es similar al caso del monofásico; no
obstante, debido a que el sistema de corriente es diferente y el número de bobinas
que lo forman también, es necesario tener en cuenta algunos conceptos previos.
6.1. Número de bobinas y su conexión
Un transformador trifásico está formado por un núcleo magnético de tres colum-
nas del mismo ancho y sección. En cada una se arrollan las bobinas del primario
y secundario de cada una de las fases (una por columna).
Base /soporte
Devandos de
cada una de
las fases
Bornes
Carretes
Núcleo
magnético
a Figura 3.38. Partes externas de un transformador trifásico.
El número de terminales de conexión por fase será de al menos cuatro, dos para
el primario y dos para el secundario. La identificación de cada uno de estos
terminales se encuentra normalizada. Así, todos los terminales que pertenecen
al primario comienzan con el número 1 y los correspondientes al secundario lo
hacen con el número 2. Cada una de las fases se identifica con una letra: U, V y
W. Para identificar si un terminal es el principio o fin de una bobina se indica con
un 1 y un 2 respectivamente. Así, un terminal etiquetado como 1U1 indica que es
del devanado primario, que pertenece a la fase U y que es el terminal de entrada
de esta bobina. Si, por ejemplo, si está etiquetado como 2V2 indica que es un ter-
minal del devanado 2, de la fase V y que es el terminal de salida de dicha bobina.
En la siguiente figura se muestra cómo deben ser identificados los terminales de
las bobinas de un transformador trifásico.
1U1 1U2
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
1V1 1V2 1W1 1W2
2U1 2U2 2V1 2V2 2W1 2W2
Primario
Secundario
Primario
Secundario
a Figura 3.39. Identificación de terminales en las bobinas de un transformador trifásico.
a Figura 3.37. Transformador trifá-
sico (Cortesía de AIGER).
Los terminales que finalizan en el
mismo número son homólogos
entre sí.
recuerda
03 Maquinas electricas.indd 91 16/07/12 15:06

93. 92 Unidad 3
6.2. Posibilidades de conexión de los devanados
Cada devanado esta formado por tres bobinas. Por tanto, hay dos posibilidades de
conexión entre ellas: estrella y triángulo. No obstante, existe una tercera deno-
minada Zig-Zag, que requiere que cada bobina sea dividida en dos en el momento
de su construcción, de este modo la conexión entre tramos se realiza como una
mezcla de estrella y triángulo.
Conexión estrella Conexión triángulo Conexión Zig-Zag
a Figura 3.40. Diferentes tipos de conexión de las bobinas de un devanado.
De esta forma habría hasta 60 posibles conexiones entre devanados del primario
y del secundario. No obstante, no todas se utilizan ya que su funcionamiento es
análogo, quedando reducidas a doce. Aquí se muestran solamente algunas de ellas.
6.3. Relación de transformación
En función de cómo se conecten las bobinas de ambos devanados, la tensión que
llega a los bornes de sus bobinas (tensión de fase) puede ser diferente a la tensión
del sistema de alimentación o de línea.
Un transformador se comporta como un receptor en un sistema trifásico equilibra-
do. Así, la tensión de línea (V) entre las diferentes fases es idéntica, ocurriendo lo
mismo con las tensiones de fase (Vf
) entre los bornes de cada una de las bobinas.
L1 L2 L3
L1 L2 L3
V V
V
V V
V
Vf
Vf
Vf
Vf
Vf Vf
a Figura 3.43. Tensiones en un sistema trifásico equilibrado en triángulo y en estrella.
Si las bobinas están conectadas en triángulo, la tensión de línea es la misma que
la tensión de fase: V = Vf
. Sin embargo, si las bobinas están conectas en estre-
lla, la tensión de línea es 3 la de fase. Es decir:
V V V
V
f f
= ⋅ =
3
3
Primario
Secundario
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
a Figura 3.41. Transformador trifá-
sico con conexión estrella-estrella.
Primario
Secundario
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
a Figura 3.42. Transformador
trifásico con conexión triángulo-
triángulo.
03 Maquinas electricas.indd 92 16/07/12 15:06

94. Transformadores 93
La relación de transformación en los trasformadores trifásicos se obtiene de
forma similar a la de los monofásicos. No obstante, esta depende de la forma de
conexión (estrella o triángulo) de los devanados. Si la conexión en ambos deva-
nados es la misma, es decir, estrella-estrella o triángulo-triángulo, la relación de
transformación se establece como la relación entre las espiras del primario y las
del secundario:
m
N
N
= 1
2
Denominándose relación de transformación simple.
De igual forma, si se conecta un voltímetro para medir la tensión de línea a la
entrada del transformador, y otro para medir la tensión de línea a la salida del
secundario, la relación de transformación se establece como:
m
V
V
c = 1
2
Recibiendo el nombre de relación de transformación compuesta (mc
) o de ten-
siones.
Sin embargo, si la conexión de ambos devanados es diferente (primario en estre-
lla y secundario en triángulo, o viceversa), la relación de transformación se ob-
tiene en función de la relación existente entre la tensión de línea y la de fase de
ambos devanados, teniendo en cuenta que en la conexión estrella la tensión de
línea es 3 la de fase.
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
Primario
Secundario
Primario
Secundario
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
Estrella-Triángulo Triángulo-Estrella
m
V
V
V
V
N
N
c
f
f
= =
⋅
=
⋅
1
2 2
1
2
3 3
1 m
V
V
V
V
N
c
f
f
= =
⋅
=
1
2
1
2
1
3 3 ⋅
⋅ N2
a Figura 3.44. Configuraciones Estrella-Triángulo y Triángulo-Estrella en transformadores trifásicos.
03 Maquinas electricas.indd 93 16/07/12 15:06

95. 94 Unidad 3
6.4. Calculo para la construcción de un transformador
trifásico
Se puede decir que un transformador trifásico se calcula considerando que cada
una de las columnas se comporta como un transformador monofásico. Así, par-
tiendo de esta premisa, solamente es necesario conocer algunos datos iniciales
para comenzar dicho cálculo.
• Potencia total. La potencia que aparece en las características del transforma-
dor o la que se desea conseguir para un diseño nuevo, es la correspondiente a
la suma de las tres potencias parciales, una por fase o columna.
Para realizar el cálculo es necesario conocer la potencia de una de las colum-
nas (Sc
). La obtenemos al dividir la potencia total (S) entre el número de
columnas (3).
S
S
c =
3
• Sección del núcleo. Como las tres columnas de un transformador trifásico son
iguales, la sección del núcleo magnético utilizada para el cálculo es la sección
de una de ellas.
• Tensión de fase. Como los devanados de un transformador constituyen un
sistema trifásico equilibrado, para realizar el cálculo es necesario conocer la
tensión de una sola de las fases, tanto del primario como del secundario.
Si la conexión el devanado se realiza en triángulo, la tensión de fase correspon-
de con la de línea. Sin embargo, si alguno de los devanados está conectado en
estrella, la tensión en cada una de las bobinas corresponde a la tensión de línea
entre 3 , como se ha indicado anteriormente.
La potencia total de un transfor-
mador trifásico corresponde con la
suma de las potencias individuales
de cada una de sus columnas.
caso práctico inicial
Sección del
núcleo (Sn)
a Figura 3.45. Sección de un nú-
cleo de transformador trifásico.
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo de un transformado
trifásico (Estrella - Estrella) que tiene los siguientes datos de partida:
• Conexión primario - secundario: Estrella - Estrella.
• Tensión del primario V1
: 400 V
• Tensión del secundario V2
: 100 V
• Frecuencia F: 50 Hz
• Potencia S: 300 VA (Potencia por columna 100 VA).
Datos empíricos, tomados de las tablas vistas anteriormente, para una
potencia de 100 VA por columna.
• Se va a utiliza chapa de grano orientado de 1,3 T.
• Rendimiento η de 89%.
• Factor de pérdidas en el cobre KCu
: 1,08
• Densidad de corriente 3 A/mm2
.
• Factor de apilamiento de la chapa Kap
: 0,9
Primario
Secundario
1U 1V 1W
2U 2V 2W
400 V
100 V
300 VA
50 Hz
a Figura 3.46. Esquema con los
datos eléctricos del transformador
del ejemplo.
03 Maquinas electricas.indd 94 16/07/12 15:06

96. Transformadores 95
Para realizar el cálculo del transformador seguiremos los siguientes pasos:
La potencia por fase es:
300
3
100
VA
VA
=
La tensión por fase (columna) en el primario, sabiendo que las bobinas se conec-
tan en estrella, es:
V
V V
f1
3
400
3
230
= = ≃ V
La tensión por fase del secundario:
V
V
f 2
3 3
= =
100V
58V
≃
Paso 1
Hallamos la sección del núcleo a partir de la potencia deseada. Utilizamos un
valor de 1,1 para la constante K.
S K S
n = ⋅ = ⋅ =
11 100 11 2
, cm
Paso 2
En este caso no es necesario.
Paso 3
Hallamos la corriente del primario.
I
S
V
C
1
1
100
230
0 43
= = = , A
Paso 4
Hallamos la corriente del secundario para un rendimiento η del 89%.
I
S
V
C
2
2
0 89
100
58
1 53
= ⋅ = ⋅ =
η , , A
Paso 5
Calculamos el número de voltios por espira.
V F B S
esp n
= ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =
−
4 44 4 44 50 13 11 10 0 32
4
, , , ( ) , V
V
Nota. La sección el núcleo debe darse en m2
, por eso se realiza la operación
11 cm2
= 11 · 10–4
m2
.
Paso 6
Calculamos el número de espiras de cada uno de los devanados.
N
V
F S B
f
n
1
1
4 44
230
0 32
725
=
⋅ ⋅ ⋅
=
, ,
≃ espiras
N
V
F S B
f
n
2
2
4 44
58
0 32
183
=
⋅ ⋅ ⋅
=
, ,
≃ espiras
(continúa)
03 Maquinas electricas.indd 95 16/07/12 15:06

97. 96 Unidad 3
El número de espiras corresponde al de un transformador ideal sin pérdidas en
el cobre. A continuación las consideraremos.
Paso 7
El número de espiras reales aplicando un factor de pérdidas en el cobre (KCu
)
de 1,08 son:
N N K
N N
real Cu
real
1 1
2 2
725 1 08 783
= ⋅ = ⋅ =
= ⋅
, espiras
K
KCu = ⋅ =
183 1 08 198
, espiras
Paso 8
Calculamos la sección de los conductores de ambos devanados teniendo en cuen-
ta que la densidad de corriente para un transformador de 100 VA es 3 A/mm2
.
S
I
J
S
I
J
primario
secundario
= = =
= =
1 2
2
0 43
3
0 15
,
, mm
1
1 53
3
0 51 2
,
,
= mm
Paso 9
Hallamos el diámetro en cada caso.
∅ =
⋅
=
⋅
=
∅ =
⋅
1
2
4 4 0 15
0 43
4
S
S
primario
secunda
π π
,
, mm
r
rio
π π
=
⋅
=
4 0 51
0 81
,
, mm
Se deben elegir los diámetros comerciales más próximos. En este caso para el
devanado primario será de 0,45 mm, y para el secundario de 0,8 mm.
Paso 10
Sección real del núcleo teniendo en cuenta un factor de apilamiento de la chapa
de 0,9.
S
S
K
núcleo real
n
ap
= = =
11
0 9
12 22
,
, cm2
Paso 11
Consideraremos el carrete como cuadrado. Así, las dimensiones quedan:
A Snr
= = 12 22 3 5 35
, ,
≃ cm mm
Se elige un carrete comercial de 35 x 35 mm de ventana.
Paso 12
Número de chapas apiladas sabiendo que la chapa elegida es de 0,35 mm.
N
H
E
chapas
chp
= = =
35
0 35
100
,
chapas
(continuación)
03 Maquinas electricas.indd 96 16/07/12 15:06

98. Transformadores 97
7. Ensayos y comprobaciones
En la fase de desarrollo de una máquina eléctrica, como puede ser un transforma-
dor, los fabricantes realizan diferentes tipos de ensayos que permiten conocer las
características y el comportamiento real del transformador, esto posibilitará su
fabricación en serie de forma optimizada.
Aquí los ensayos y comprobaciones se van a estudiar desde un punto de vista
práctico (sin entrar en detalles matemáticos), que permitirán analizar los trans-
formadores construidos en esta unidad.
7.1. Ensayo de vacío
Este ensayo se realiza alimentando el primario con la tensión para la que ha sido
diseñado y dejando sin carga (vacío) el devanado secundario.
Las medidas a realizar sobre él son:
• la tensión en los bornes del primario,
• la tensión en los bornes del secundario,
• la corriente en el devanado primario,
• la potencia del primario.
A
V V
V1 V2
W
a Figura 3.47. Esquema para el ensayo de vacío.
Este ensayo permite comprobar:
• si en el secundario se obtiene la tensión para la que ha sido diseñado,
• la relación de transformación del transformador m =V1
/V2
,
• la corriente consumida por el transformador sin carga,
• las pérdidas en el hierro (PFe
) y en el cobre (PCu
) que corresponden con la po-
tencia medida que indica el vatímetro (las pérdidas en el cobre son tan bajas
que se pueden despreciar, considerando así lo medido en el vatímetro sólo
como pérdidas en el hierro).
Español-Inglés
Ensayo de transformadores:
testing of transformers
Ensayo de vacío: open circuit test
Ensayo de cortocircuito: short
circuit test
Ensayo de carga: load test
Comprobación de polaridad:
polarity test
vocabulario
actividades
1. Sobre un transformador monofásico que se encuentre en perfecto funcionamiento, realiza las comprobaciones
del ensayo de vacío y anota los resultados en la siguiente tabla.
Concepto Valor obtenido en el ensayo
Tensión primario V1
Tensión secundario V2
Pérdidas en el hierro (PFe
)
Relación de transformación (m)
Corriente del primario I1
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99. 98 Unidad 3
7.2. Ensayo de carga
Consiste en hacer funcionar el transformador en las condiciones para las que se
ha diseñado, aplicando la tensión nominal del primario y conectando la carga
máxima en el secundario.
La carga debería ser regulable y permitir obtener el valor de máxima potencia del
transformador.
A A
V V
V1
I1 I2
V2
Carga
a Figura 3.48. Esquema para el ensayo en carga.
Las medidas a realizar son las mismas que para el ensayo de vacío, añadiendo un
amperímetro para comprobar la corriente del secundario.
Este ensayo permite conocer:
• la caída de tensión que se produce en el secundario al comprobar cuál es su
valor con o sin carga,
• la relación de transformación del transformador en función de las corrientes de
primario y secundario m =I2
/I1
.
7.3. Ensayo en cortocircuito
Este ensayo consiste en cortocircuitar el devanado secundario y aplicar una ten-
sión muy reducida en el primario, de forma que pueda circular por sus devanados
la corriente nominal. Para conseguir los valores reducidos de tensión, es necesario
un sistema de tensión ajustable como puede ser un autotransformador regulable.
A A
V
V1
I1 Pcu I2
Tensión
regulable
Cortocircuito
W
a Figura 3.49. Esquema para el ensayo en cortocircuito.
La tensión de cortocircuito (VCC
) se da de forma porcentual (%) en relación
con la tensión nominal del transformador. Dicho porcentaje permite calcular
la tensión que hay que aplicar al primario (vCC
), para que por los devanados se
establezca su corriente nominal, estando el secundario en cortocircuito.
v V
V
cc cc
= ⋅
100
1
(%)
Con este ensayo se pueden deducir las pérdidas en el cobre de los devanados sin
necesidad de trabajar con tensiones o cargas elevadas. En esta ocasión lo que
marca el vatímetro corresponde con las pérdidas en el cobre. Aquí las pérdidas en
el hierro se pueden despreciar debido a que la inducción del núcleo es muy débil,
ya que se aplica una tensión de excitación muy baja.
Es evidente que el ensayo en car-
ga solamente se puede hacer con
transformadores de baja potencia,
ya que para los más grandes, por
ejemplo, de distribución, es impo-
sible disponer de cargas de seme-
jantes características.
saber más
Con los resultados del ensayo en
cortocircuito se pueden calcular de
forma indirecta otras característi-
cas del transformador, por ejem-
plo, el rendimiento.
saber más
Las pérdidas en el cobre (PCu
) se
pueden calcular de forma directa
conociendo la resistencia óhmica
de cada uno de los devanados (R),
así como las corrientes correspon-
dientes. La expresión queda:
P R I R I
Cu = ⋅ + ⋅
1 1
2
2 2
2
recuerda
Español-Inglés
Medidor de aislamiento:
insulation tester
Medidor de resistencia
de asilamiento: insulation
resistance tester
Pinza amperimétrica:
clamp-on tester
Resistencia de los devanados:
winding resistance
vocabulario
03 Maquinas electricas.indd 98 16/07/12 15:06

100. Transformadores 99
7.4. Comprobación del aislamiento
Esta comprobación se realiza para medir la resistencia de aislamiento entre los
devanados, y entre estos y el núcleo. Para ello se utiliza el medidor de aislamiento
o megaóhmetro (Megger), que proporcionará un valor óhmico muy elevado (MΩ),
ya que si es de otra forma, se habrá detectado un problema de aislamiento.
Para comprobar la resistencia de aislamiento entre devanados, se cortocircuitan
todos los terminales del primario por un lado y todos los del secundario por otro,
conectando ambos puntos de unión a cada uno de los bornes del instrumento de
medida.
MΩ MΩ
Cortocircuito
Cortocircuito
Cortocircuito
Cortocircuito
Transformador monofásico Transformador trifásico
a Figura 3.50. Conexión para la medida de la resistencia de aislamiento entre devanados.
La prueba de aislamiento entre el núcleo y los devanados se realiza manteniendo
cortocircuitados los bornes de primario y secundario, conectándolos a una punta
de prueba del medidor, bien por separado o bien juntos, y un punto (no aislado)
del núcleo a la segunda punta de prueba.
MΩ
MΩ
Cortocircuito
Conx. al núcleo
MΩ
Cortocircuito
MΩ
Cortocircuito
Cortocircuito
Transformador trifásico
Transformador monofásico
Núcleo
a Figura 3.51. Conexión para la medida de la resistencia de aislamiento entre el núcleo y los
devanados.
Existe una prueba o ensayo para
la comprobación de temperatura,
que adquiere mayor importancia
cuanto mayor es la potencia del
transformador. Este ensayo con-
siste en tomar la temperatura de
la máquina durante un tiempo
determinado cuando está a plena
carga.
Esta medida se puede hacer por
contacto directo de la sonda o
termómetro con los devanados o
el núcleo del transformador o, de
modo contrario, sin contacto físi-
co utilizando una cámara térmica
o termográfica.
saber más
La comprobación de la prueba de
aislamiento debe hacerse con el
transformador desconectado de la
red de alimentación y de la carga.
recuerda
03 Maquinas electricas.indd 99 16/07/12 15:06

101. 100 Unidad 3
ACTIVIDADES FINALES
1. Di cuál es la relación de transformación de cada uno de estos transformadores.
230 V
12 V
48 V
230 V
A B
1100 esp
345 esp
C D
0,6 A
3,5 A
2. Un transformador dispone de 4 bobinas para el devanado primario y 4 para el secundario, cuyos termina-
les homólogos están marcados con un punto. En el primer caso cada bobina está diseñada para trabajar a
50 V y en el segundo a 25 V. Fíjate en las diferentes conexiones que se han realizado en los esquemas de
la figura y di qué tensión habrá que aplicar al primario (U-V) y cuál es la que se obtendrá en el secundario
(u-v) en cada uno de los casos.
C
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
A B
D
U V
u v
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
U V
u v
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
U V
u v
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
U V
u v
3. Realiza los cálculos para construir un transformador monofásico con las siguientes características:
Potencia V1
V2
Frecuencia Tipo de chapa
200 VA 230 V 48 V 50 Hz Grano orientado 0,35 mm
Datos a calcular:
Datos generales
Datos empíricos
(tomados de tablas)
Devanados
Primario Secundario
Ventana de carrete Rendimiento Espiras
Número de chapas Densidad Diámetro de hilo
Grosor de la chapa Inducción Corriente
Columna de la chapa Pérdidas en el Cu
Rela. de transformación (m) Factor apilamiento
4. Si en el taller dispones de un carrete cuya ventana es de 36 de ancho por 50 de alto, ¿qué potencia se
puede obtener para un transformador monofásico construido sobre este carrete? Realiza el cálculo com-
pleto sabiendo que las chapas son de 0,5 mm de grano no orientado. Anota los resultados en una tabla
similar la de la actividad anterior.
03 Maquinas electricas.indd 100 16/07/12 15:06

102. Transformadores 101
5. Construye el transformador monofásico propuesto en la práctica profesional número 1 y realiza las com-
probaciones indicadas en la práctica número 2.
6. En un transformador trifásico se han diseñado las bobinas de cada una de las columnas para 135 V en el
primario y 30 V en el secundario. Di a qué tensión de línea debe conectarse el primario y qué tensión se
obtendrá en el secundario si se realizan las siguientes configuraciones:
a) Estrella-Estrella c) Triángulo-Estrella
b) Estrella-Triángulo d) Triángulo-Triángulo
¿Qué potencia se consigue en cada una de ellas si por cada columna se tienen 150 VA?
7. Construye el transformador trifásico de la práctica profesional número 3.
8. Realiza los cálculos para construir un transformador trifásico con las siguientes características:
Potencia V1
V2
Frecuencia Tipo de chapa Conexión
1 000 VA 600 V 100 V 50 Hz
Grano orientado de 1,7 T
0,35 mm
Estrella-Triángulo
Datos a calcular:
Datos generales
Datos empíricos
(tomados de tablas)
Devanados
Primario Secundario
Ventana de carrete Rendimiento Tensión por fase
Número de chapas Densidad
Corriente por
fase
Grosor de la chapa Inducción Espiras
Columna de la chapa Pérdidas en el Cu Diámetro de hilo
Rela. de transformación (m) Factor apilamiento
entra en internet
9. Entra en Internet y busca información y catálogos de transformadores de gran potencia y distribución.
Contesta a las siguientes preguntas:
a) ¿Cuáles son las potencias normalizadas para este tipo de transformadores?
b) ¿Cuáles son los sistemas de refrigeración habituales?
c) ¿Son todos de tipo reductor?
d) ¿Cuál es su clasificación según el número de fases con el que trabajan?
e) ¿Qué se utiliza para hacer la conexión de los devanados con el exterior?
f) ¿Qué es un relé de Buchholz?
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103. 102 Unidad 3
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
construcción de un transformador
monofásico
OBJETIVO
Calcular y montar un transformador monofásico de baja potencia.
PRECAUCIONES
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
• Utiliza gafas y guantes para realizar las operaciones de corte y taladrado.
• El bobinado de las espiras en el carrete se debe hacer de forma cuidadosa, ya
que de lo contrario podría ocurrir que no se pudieran alojar los dos devanados
en el carrete.
DESARROLLO
El montaje que se va a realizar en esta práctica profesional se basa en el ejemplo
de cálculo del transformador monofásico realizado en esta unidad. Por tanto,
es importante que conozcas con detalles cómo se han realizado dichos cálculos
para así identificar cada una de las variables que se van a utilizar.
Cálculo del transformador
1.Toma nota de los datos y resultados que vas a necesitar para realizar el monta-
je de transformador según los cálculos del ejemplo de la unidad.
Datos generales Devanado primario Devanado secundario
Frecuencia de 50 Hz V1
de 230 V V2
de 100 V
Ventana de carrete (AxH) de 33 x 33 mm 913 espiras 397 espiras
Tipo de chapa de grano orientado Diámetro de hilo de 0,35 mm Diámetro de hilo de 0,5 mm
Número de chapas E/I: 94 (de cada)
Grosor de la chapa de 0,35 mm
Columna de la chapa de 33 mm
Preparación de materiales
2. Mide el cuerpo del carrete con un calibre. Con ese acho corta varias tiras del material aislante flexible. La longitud
debe ser, por lo menos, 10 cm mayor que el perímetro de la ventana del carrete.
HERRAMIENTAS
• Herramientas básicas del electricista
• Bobinadora manual
• Accesorios de bobinadora
• Devanador
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Taladro
• Broca del diámetro del eje de la bo-
binadora
• Peladora de hilo esmaltado.
• Limas de madera
• Calibre y micrómetro
MATERIAL
• Taco de madera de 33x33 mm
• Carrete de ventana 33x33 mm
• 94 chapas magnéticas E
• 94 chapas magnéticas I
• Hilo esmaltado de 0,35 mm
• Hilo esmaltado de 0,45 mm
• Tubo flexible de diferentes diámetros
• Regletas de conexión
• Aislantes flexibles laminados
• Cinta aislante o de carrocero
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104. Transformadores 103
Las siguientes figuras muestran las características del carrete y de la cinta aislante:
Cuerpo
del carrete
Cuerpo
del carrete
a Figura 3.52. Medida para cortar las tiras de papel aislante.
3. Corta un taco de madera de la longitud del carrete. Si es necesario, utiliza las limas para adaptarlo a las dimen-
siones de la ventana del carrete.
4. Por el lado que corresponde al del área de la ventana del carrete, marca el centro y taládralo longitudinalmente
con una broca del diámetro del eje de tu bobinadora.
H
A
Cuerpo
del carrete
Diámetro
del eje
de bobinadora
a Figura 3.53. Taco de madera para el interior del carrete.
5. Inserta el taco en el interior del carrete. Fija el conjunto carrete/taco al eje de la bobinadora. Para ello utiliza platos
roscados. Es importante que quede perfectamente fijado para evitar que gire libremente y resbale cuando se esté
haciendo la operación de bobinado.
00000
Carrete montado
en el eje de la
bobinadora
a Figura 3.54. Acople entre el taco de madera y el carrete.
Montaje del devanado primario
6. Monta el carrete de hilo de 0,35 en el devanador y pásalo por el tensor de la devanadora como se ha indicado
en unidades anteriores. Más tarde inserta un tramo de tubo o macarrón aislante por la punta del hilo esmaltado.
Pásalo por uno de los orificios de las caras laterales de carrete de forma que el hilo esté cubierto unos centímetros
en el interior. El tramo del hilo que sale fuera del carrete debe tener entre 15 y 20 cm para que las conexiones
posteriores se puedan hacer con holgura.
7. Colocando a cero el contador de vueltas de la bobinadora, comienza con el bobinado del devanado primario.
03 Maquinas electricas.indd 103 16/07/12 15:07

105. 104 Unidad 3
PRÁCTICA PROFESIONAL 1 (cont.)
Es importante que todas las espiras queden bien juntas para aprovechar al máximo el espacio en el carrete.
Procura que ningún hilo se monte sobre otra espira y que no queden huecos entre ellas.
8. Completa la primera capa del devanado primario y anota en un papel el número de espiras que tiene. A con-
tinuación, toma una de las tiras de papel aislante que cortaste en uno de los pasos anteriores y cubre toda la
capa de forma que el papel de un extremo se solape sobre el otro como medio centímetro. Coloca en dicha
unión un poco de cinta aislante o cinta de carrocero para evitar que se suelte. Una vez que hayas dado varias
vueltas del hilo en la nueva capa podrás retirar la cinta, ya que el propio hilo evitará que se suelte.
9. Continúa el bobinado de la siguiente capa. En este caso, el bobinado debe hacerse de izquierda a derecha en
el carrete. Así procederemos cada vez que finalicemos una nueva capa. Es habitual que la última capa de un
devanado no ocupe todo el cuerpo del carrete, en ese caso debes finalizar en el lugar que le corresponda y
atravesar el hilo hasta una de las ranuras próximas al lugar en el que se comenzó.
10. Corta con una tijera el hilo procedente de la devanadora, la longitud de esta terminación debe ser similar a la
anterior, entre 15 y 20 cm. De igual forma que en el terminal de inicio, debes proteger el hilo esmaltado con un
macarrón aislante. Ten en cuenta que los dos terminales de un devanado deben salir por el mismo lado de carrete.
11. Cubre con papel aislante la última capa de este devanado, retira el carrete de 0,35 mm del devanador y coloca
el de 0,45, enhebrando el hilo en el tensor.
Montaje del devanado secundario
12. El devanado secundario podría comenzarse y terminarse por una cara diferente al del primario. Esto dependerá
de cómo se desee configurar su caja de bornes externa. Aquí se ha optado por sacar los dos devanados por el
mismo lado de carrete.
13. Realiza todos los pasos vistos anteriormente y recuerda poner a cero el contador de espiras de la bobinadora y
anotar en un papel cuántas se han dado por capa.
a Figura 3.55. Inicio del bobinado primario.
Hilo esmaltado
Macarrón
aislante
a Figura 3.56. Ejemplo de colocación de
espiras en un devanado de transformador.
d Figura 3.57. Fijación de
papel aislante entre capas
del devanado.
Papel
aislante
Cinta adhesiva
d Figura 3.58. Terminación
del devanado primario.
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106. Transformadores 105
14. Evita que queden hilos cruzados y montados en las capas y que el papel aislante no tenga arrugas o dobleces.
Ten la precaución de realizar el devanado secundario en el mismo sentido y orden que el primario. De esta for-
ma los terminales homólogos corresponderán a los que están representados en la figura siguiente.
15. Cierra con papel aislante el devanado secundario. Para ello puedes utilizar cinta adhesiva o pegamento de barra
aplicado en el lugar en el que se solapa el papel aislante. Afloja los platos roscados de la bobinadora y saca el
carrete del eje.
Enchapado del transformador
16. Prepara las chapas del transformador e insértalas en el interior del carrete. Primero debes colocar una chapa E
por el lado izquierdo y una I por el derecho. Después inviertes el orden de inserción, es decir, una chapa I por el
lado derecho y otra E por el izquierdo. Esta alternancia en la inserción de chapas, permitirán que las de un tipo
queden entrelazadas con las del otro y así formar un núcleo lo más compacto posible.
Chapa I
Chapa E
1 2 3
4
Orden de inserción
a Figura 3.60. Orden de inserción.
17.Una vez insertadas todas las chapas en la ventana del carrete, coloca los tornillos, convenientemente aislados, en
el interior de los orificios. Apriétalos para que el conjunto no vibre cuando sea alimentado. Finalmente, utilizando
la peladora de hilos esmaltado, retira el barniz de los terminales que salen fuera del transformador. A continua-
ción, conéctalos a un grupo de regletas como se muestra en la figura.
Secundario
Primario
a Figura 3.61. Transformador completamente terminado.
18.El transformador está terminado y listo para ser comprobado como se indica en la siguiente práctica profesional.
c Figura 3.59.
Devanados terminados.
03 Maquinas electricas.indd 105 16/07/12 15:07

107. 106 Unidad 3
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
comprobación y ensayo
de un transformador monofásico
OBJETIVO
Comprobación y ensayo del transformador monofásico construido en la práctica
profesional anterior.
PRECAUCIONES
• No manipules los instrumentos de medida ni sus conexiones con el circuito en
tensión.
• Utilizando el medidor de aislamiento (Megger) no debes tocar la parte metáli-
ca de las puntas de prueba en el momento de hacer la medida, ya que inyecta
altas tensiones (1000 V) en el circuito a comprobar.
HERRAMIENTAS
• 2 voltímetros
• 2 amperímetros o 1 pinza amperimé-
trica
• Vatímetro de baja potencia
• Medidor de aislamiento
• Autotransformador regulable (Va-
riac)
• Polímetro con sonda de temperatura
• Módulo de carga regulable
MATERIAL
• El transformador monofásico monta-
do en la práctica anterior o cualquier
otro que se desee comprobar
• Cables de conexión para instrumen-
tos de medida
• Lámparas de 230 W de diferente po-
tencia para atizarlas como carga
DESARROLLO
Prueba de vacío
1. Sobre el transformador construido en la práctica profesional anterior monta el circuito necesario para realizar el
ensayo de vacío según el esquema de la siguiente figura.
L
N
Tensión del
primario
Tensión del secundario
(en vacío)
Intensidad del
primario
Pérdidas en
el hierro PFe
A
0
10
0,5
J.C.M.Castillo
Editex
V
0
100
250
500
J.C.M.Castillo
Editex
V
0
100
250
500
J.C.M.Castillo
Editex
Primario Secundario
W
0
20
J.C.M.Castillo
Editex
V A
Transformador
230 Vca
a Figura 3.62. Montaje a realizar para la prueba de vacío.
Nota. Para medir la corriente puede utilizarse una pinza amperimétrica en lugar de un amperímetro.
03 Maquinas electricas.indd 106 16/07/12 15:07

108. Transformadores 107
2. Anota los valores obtenidos en la siguiente tabla:
Magnitud
a medir
Tensión
del primario V1
Tensión
del secundario V2
Potencia en vacío.
Pérdidas en el hierro
Corriente
del primario
Relación
de transformación
Valor
Prueba de carga
Esta prueba solamente se puede realizar si se dispone de la carga adecuada para conseguir la potencia máxima del
transformador. En el taller de pruebas esto solamente es posible si el transformador es de baja potencia. Aquí se
propone la utilización de cargas de tipo resistivo como pueden ser varias lámparas conectadas en paralelo hasta
conseguir la potencia adecuada. No obstante, sería interesante que la comprobación se realizara con receptores con
componente inductiva, como pueden ser motores monofásicos. No obstante, existen módulos didácticos de carga
que pueden ser empleados de forma óptima para esta prueba.
3. Realizar el montaje siguiendo el esquema del ensayo en carga visto en la unidad.
L
N
Tensión del
primario
Tensión del
secundario
Intensidad del
primario
Intensidad del
secundario
Carga
A
0
10
0,5
J.C.M.Castillo
Editex
A
0
10
0,5
J.C.M.Castillo
Editex
V
0
100
250
500
J.C.M.Castillo
Editex
V
0
100
250
500
J.C.M.Castillo
Editex
Primario Secundario
Transformador
230 Vca
a Figura 3.63. Montaje a realizar para el ensayo en carga.
4. Conectar varias lámparas de 230 V en paralelo hasta conseguir la potencia máxima del transformador, alimentar
el circuito con corriente alterna y dejarlo funcionado 2 ó 3 minutos. Anota los resultados en la siguiente tabla y
deducir los que correspondan.
Magnitud
a medir
o deducir
Tensión
del
primario
V1
Tensión
del
secundario
V2
Caída de tensión
del secundario
tomando el valor
de V2
del ensayo
de vacío
Corriente
del
primario
I1
Corriente
del
secundario
I2
Relación
de
transformación
m
I
I
= 1
2
Valor
03 Maquinas electricas.indd 107 16/07/12 15:07

109. 108 Unidad 3
Prueba de cortocircuito
5. Realizar el montaje siguiendo el esquema del ensayo en cortocircuito visto en la unidad.
L
N
Tensión del
primario
Corriente de
cortociruito
Intensidad
del primario
Pérdidas en
el cobre Pcu
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10
0
0
50
editex
VARIAC
I I
Editex
J
C
M
C
J.C.M.Castillo
V
0
A
0
10
0,5
J.C.M.Castillo
Editex
A
0
10
0,5
J.C.M.Castillo
Editex
V
0
100
250
500
J.C.M.Castillo
Editex
Primario Secundario
W
0
20
J.C.M.Castillo
Editex
V A
Transformador
Variac
a Figura 3.64. Montaje a realizar para el ensayo en cortocircuito.
6. Conecta un amperímetro en el secundario, que equivaldría a colocarlo en cortocircuito.
Nota. Si utilizas una pinza amperimétrica, debes conectar un cable entre los dos bornes del secundario y tomar
la medida sobre él.
7. Conecta un voltímetro, un amperímetro y un vatímetro en el primario de forma similar a la prueba de vacío rea-
lizada antes y conecta, también, los bornes de alimentación a la salida de un Variac.
8. Antes de conectar el conjunto a la red eléctrica de alimentación, asegúrate de que el autotransformador está
en su mínimo valor de tensión (0 V). Alimenta el Variac y aumenta lentamente el valor de tensión del primario,
observa el valor marcado por el amperímetro del secundario hasta llegar a su valor nominal. Recuerda que la
tensión de cortocircuito en forma porcentual debes calcularla según la expresión vista en la unidad.
9. El vatímetro indica las pérdidas en el cobre, ya que alimentando el transformador con una tensión reducida, la
inducción del núcleo es tan pequeña que las pérdidas en el hierro se desprecian.
Magnitud a medir o a deducir Valor
Tensión del primario VCC
Tensión de cortocircuito VCC
(%)
Recuerda que V1
es la tensión nominal para la que ha sido diseñado el transformador.
v V
V
CC CC
= ⋅
100
1
(%)
Corriente del primario I1
Corriente del secundario I2
(corriente de cortocircuito)
Medidas del vatímetro. Pérdidas en el cobre (PCu
)
PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)
03 Maquinas electricas.indd 108 16/07/12 15:07

110. Transformadores 109
Medida de aislamiento
10. Retira todos los instrumentos y conexiones realizados en las pruebas anteriores, puentea los bornes del deva-
nado primario con un hilo de 1,5 mm2
. Haz lo mismo con los bornes del devanado secundario. Finalmente,
conecta las puntas de prueba del medidor de aislamiento.
11. Realiza la medida según se indica en las instrucciones del instrumento y anótala en la tabla, mantén una punta
de prueba en el puente del devanado primario y conecta la otra a un punto metálico del núcleo que no esté
aislado. Para asegurarte de que la continuidad en dicho punto es buena, utiliza una lima pequeña o lija para
retirar cualquier partícula de esmalte o pintura que pueda tener el transformador.
Seguridad. Recuerda que no debes tocar las puntas de prueba cuando estás realizando la medida, ya que en
ellas se presenta una tensión elevada.
12. Realiza la misma comprobación para el otro devanado respecto al núcleo.
Primario Secundario
Transformador
2500 V
1000 V
500 V
600 V
Off
MOD. J.C.M.C 2012
Medidor de aislamiento
a Figura 3.65. Medida de aislamiento entre devanados, y entre devanados y núcleo magnético.
13. Anotemos los resultados en ambos casos.
Tipo
de medida
Aislamiento
entre devanados
Aislamiento entre
el primario y el núcleo
Aislamiento entre
el secundario y el núcleo
Valor
Otras comprobaciones
A) Medida de temperatura
14. Coloca un termómetro o la sonda de temperatura de un polímetro junto al núcleo.
15. Conecta el transformador a plena carga y mantén este modo de funcionamiento durante 5 minutos. Anota los
valores máximos conseguidos para la temperatura. Una vez hecho lo anterior, coloca el termómetro o la sonda
de temperatura junto a los devanados del transformador.
16. Realiza la comprobación nuevamente durante 5 minutos y anota los resultados.
B) Comprobación de ruido y vibraciones
17. Durante el tiempo que dura la comprobación de temperatura escucha si el transformador emite un ruido
excesivo. Comprueba también los tornillos que fijan las chapas por si alguno no estuviera los suficientemente
apretado.
Primario Secundario
Transformador
2500 V
1000 V
500 V
600 V
Off
MOD. J.C.M.C 2012
Medidor de aislamiento
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111. 110 Unidad 3
construcción de un transformador
trifásico
OBJETIVO
Calcular y montar un transformador trifásico de baja potencia.
PRECAUCIONES
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
• Utiliza gafas y guantes para realizar las operaciones de corte y taladrado.
• El bobinado de las espiras en el carrete se debe hacer de forma cuidadosa, ya
que de lo contrario podría ocurrir que no se pudieran alojar los dos devanados
en el carrete.
DESARROLLO
El montaje que se va a realizar en esta práctica profesional se basa en el ejem-
plo de cálculo del transformador trifásico realizado en la unidad, pero en este
caso con la conexión del secundario en triángulo. Por tanto, es importante que
conozcas con detalles cómo se han realizado dichos cálculos para así identificar
cada una de las variables que se van a utilizar.
PRÁCTICA PROFESIONAL 3
HERRAMIENTAS
• Herramientas básicas del electricista
• Bobinadora manual
• Accesorios de bobinadora
• Devanador
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Taladro
• Broca del diámetro del eje de la bo-
binadora
• Peladora de hilo esmaltado.
• Limas de madera
• Calibre y micrómetro
• Polímetro
MATERIAL
• Hilos esmaltados del diámetro fijado
• Taco de madera del tamaño de la
ventana del carrete
• Tres carretes del tamaño de la venta-
na obtenida en el cálculo
• Número de chapas magnéticas E/I
obtenidas en el cálculo
• Tubos flexibles de diferentes diáme-
tros
• Regletas de conexión
• Aislantes flexibles laminados
• Cinta aislante o de carrocero
1. Toma nota de los datos y resultados que vas a necesitar para realizar el montaje de transformador según los cálculos
del ejemplo de la unidad.
Datos generales Devanado primario Devanado secundario
Conexión Estrella-Triángulo V1
de 400 V V2
de 100 V
Potencia de 300 VA 752 espiras por bobina 183 espiras por bobina
Frecuencia de 50 Hz Diámetro de hilo de 0,45 mm Diámetro de hilo de 0,8 mm
Ventana de carrete (AxH) de 35 x 35 mm
Tipo de chapa de grano orientado
Número de chapas E/I: 100 (de cada)
Grosor de la chapa de 0,35 mm
Columna de la chapa de 33 mm
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112. Transformadores 111
2. Recuerda los pasos realizados en la práctica profesional para la construcción de un transformador monofásico.
Construye de esa manera los devanados de las tres columnas del transformador e introduce las chapas en las
ventanas de los tres carretes.
3. Sigue el mismo sistema que para el transformador monofásico, es decir, coloca una chapa E por el lado derecho
y una I por el izquierdo. Después invierte el orden de inserción, es decir, una chapa I por el lado derecho y otra E
por el izquierdo. Esta alternancia en la inserción de chapas permitirá que las de un tipo queden entrelazadas con
las del otro formando así un núcleo lo más compacto posible.
1
2
3 4
a Figura 3.66. Colocación de las chapas en un transformador trifásico.
4. Aprieta los pernos de unión entre chapas para que el conjunto quede lo más compacto posible y sin holguras. No
olvides cubrirlos con un material aislante (tubo flexible o funda termoretráctil) para evitar que toque las chapas.
Después, etiqueta adecuadamente cada uno de los terminales de los devanados.
1U1 1U2 2U1 2U2 1V1 1V2 2V1 2V2 1W1 1W2 2W1 2W2
a Figura 3.67. Etiquetado de los terminales.
5. Utilizando la peladora de hilo esmaltado retira unos 50 mm del aislante en cada uno de los terminales y coloca
regletas o bornes de conexión en cada uno de ellos.
6. Une con puentes los terminales finales de cada una de las bobinas para hacer la conexión estrella entre ellos. A
continuación, extrae tres hilos para el primero y otros tres para el secundario.
1U1
1U2
2U1
2U2
1V1
1V2
2V1
2V2
1W1
1W2
2W1
2W2
Primario
Secundario
a Figura 3.68. Conexión de terminales.
7. Conecta los bornes del primario a una red de 400 V y, con un voltímetro, comprueba la tensión en los bornes del
secundario.
03 Maquinas electricas.indd 111 16/07/12 15:07

113. 112 Unidad 3
MUNDO TÉCNICO
otros tipos de transformadores
Transformadores de medida
Son transformadores utilizados en instalaciones en las que se trabaja con valores de tensión y corriente muy elevados,
y en las que es necesario realizar medidas exactas de valores seguros.
Pueden ser de dos tipos, de tensión y de corriente.
• De tensión. Son similares a los transformadores de alimentación vistos en la unidad, están diseñados para conectar
a su devanado secundario un instrumento de medida voltimétrico y separarlo galvánicamente del circuito principal.
• De corriente. Permiten adaptar los niveles de corriente a valores medibles y seguros. Disponen de un devanado
primario que se conecta en serie con la carga. Este puede tener forma de bobina, barra o ser el propio cable por
el que circula la corriente a medir.
En ambos casos, se debe tener en cuenta la relación de transformación para elegir adecuadamente el instrumento de
medida. Algunas relaciones de transformación normalizadas son 75/5, 100/5, 200/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 5000/5,
etc. Así, si se elige un transformador de medida con una relación de transformación de 200/5, implica que por cada 5
unidades medidas por el instrumento, tenemos 200 reales en la instalación.
Transformadores de aislamiento
Son también denominados de seguridad o separadores. En este tipo de transformadores no es importante reducir
o elevar tensión, ya que su misión es separar galvánicamente el circuito del usuario del de la alimentación principal.
Suelen disponer de una relación 1/1, aunque existen modelos con otras relaciones de transformación.
Se utilizan en lugares que requieren garantizar al máximo la seguridad de las personas, por ejemplo, en laboratorios,
instalaciones médicas o barcos. No obstante, también se utilizan en instalaciones en las que queremos acondicionar la
red eléctrica evitando las perturbaciones del circuito principal, por ejemplo, en sistemas informáticos para el tratamien-
to de datos, instalaciones de sonido profesional, instalaciones de instrumentación médicas, etc.
a Figura 3.69. Transformador de corriente de
ventana (Cortesía de Siemens / Circuitor).
a Figura 3.70. Transformador
de corriente de barra pasante
(Cortesía de Circuitor).
a Figura 3.72. Esquema de conexión de un transformador
de aislamiento.
230 V 230 V
PE
Al circuito
de usuario
L1
N
L1’
N’
d Figura 3.71.
Transformador
de aislamiento
(Cortesía de
c2ei).
03 Maquinas electricas.indd 112 16/07/12 15:07

114. Transformadores 113
EN RESUMEN
Relación de transformación Por nivel de tensión
Pérdidas de los transformadores Por número de fases de alimentación
Cálculo de transformadores
Construcción de transformadores
(monofásicos y trifásicos)
Ensayo y comprobación
Terminales homólogos
TRANSFORMADORES
Conceptos iniciales Clasiicación de los transformadores
Materiales constructivos de los transformadores
Por su construcción
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
1. Las pérdidas en el hierro son debidas a:
a. la resistencia de los devanados.
b. las corrientes de Foucault.
c. la histéresis magnética.
d. la tensión de cortocircuito.
2. Cuanto mayor es la potencia de un transforma-
dor, su rendimiento es menor.
a. Verdadero. b. Falso.
3. La potencia de un transformador se define según:
a. la sección del conductor.
b. el número de espiras del secundario.
c. la sección del núcleo.
4. Si en un transformador triásico se sabe que la
potencia por columna es de 100 VA, la potencia
total es:
a. 100 · 3 b. 100 · 3 c. 100 / 3
Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas
03 Maquinas electricas.indd 113 16/07/12 15:07

115. Máquinas rotativas
de corriente continua
4
vamos a conocer...
1. Principio de funcionamiento de máquinas
de corriente continua
2. Constitución de máquinas de corriente
continua
3. Tipos de conexión entre devanados
4. Devanados en máquinas de corriente continua
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Desmontaje de una máquina rotativa
de corriente continua
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Bobinado del devanado de excitación
de una máquina de corriente continua
PRÁCTICA PROFESIONAL 3
Bobinado del inducido de una máquina
de corriente continua
PRÁCTICA PROFESIONAL 4
Comprobación de inducidos
MUNDO TÉCNICO
Equilibrado de máquinas rotativas
y al finalizar esta unidad...
Conocerás cuál es el principio de funcionamiento
de las máquinas de corriente continua.
Identificarás los elementos que forman los
circuitos magnéticos y eléctricos de estas
máquinas.
Diseñarás diferentes tipos de devanados de
inducidos.
Representarás gráficamente los diferentes tipos
de devanados de las máquinas de corriente
continua.
Construirás devanados de excitación y del
inducido de una máquina de corriente
continua.
Comprobarás el correcto funcionamiento de
los diferentes tipos de devanados.
04 Maquinas electricas.indd 114 17/07/12 08:08

116. 115
situación de partida
CASO PRÁCTICO INICIAL
La empresa MantenExpress ha recibido un encargo para repa-
rar un motor instalado en una antigua máquina de transporte
de chapa. En una primera comprobación in situ los técnicos han
observado que no es una máquina trifásica de corriente alterna
como es habitual en la actualidad. Según los empleados encar-
gados de operar la instalación, dicho motor movía un sistema de
transferencia de chapa en un sentido y otro, y todo a diferentes
velocidades. El operario más veterano indica que al motor ya se le
había realizado una profunda revisión hacía bastantes años, y que
en ella se habían cambiado, entre otras operaciones de manteni-
miento, las escobillas y los rodamientos. En esta ocasión, el fallo
parece que es interno, ya que después de un bloqueo del eje, la
máquina comenzó a humear y a oler a quemado eléctrico. Las
protecciones de la instalación se dispararon y, una vez restituidas,
la máquina no respondió a ninguna de las maniobras efectuadas
desde el cuadro de control.
Al abrir la caja de bornes del motor, Fermín y Abel han compro-
bado la continuidad con un polímetro entre dos de los cuatro
bornes que están etiquetados como A-B y no han obtenido nin-
guna medida. Después de sacar las escobillas y comprobar que
están en perfecto estado, se ha decidido desmontar la máquina y
llevarla hasta el recién montado taller de bobinados de la empresa
MantenExpress. Allí, al retirar una de las tapas de la carcasa, se
ha observado, además de percibir un fuerte olor a quemado,
que las bobinas ubicadas en el rotor están deterioradas debido al
calor. Parece evidente que el devanado se ha destruido y que es
necesario su rebobinado.
Al desmontar la máquina se ha observado lo siguiente:
• el estator dispone de 4 piezas polares de gran tamaño y otras
4 de un tamaño mucho más reducido,
• todas las delgas del colector tienen dos terminales de diferen-
tes bobinas,
• solamente dispone de dos líneas de escobillas,
• de cada ranura salen 8 terminales de bobinas, que se conectan
a las diferentes delgas del colector.
1. ¿Por qué la máquina tiene un devanado en el rotor y
otro en el estator?
2. ¿Cuál de los devanados es el encargado de la excita-
ción?
3. ¿Cómo se denomina el elemento de conmutación
para alimentar las bobinas del rotor?
4. ¿Qué misión tienen los polos de pequeño tamaño
que están intercalados entre los principales?
5. ¿Por qué los bornes de la máquina están etiquetados
como J-K A-B?
6. ¿Cuántos polos tiene la máquina?
7. ¿Qué indica que a cada delga del colector lleguen dos
terminaciones de bobinas de la armadura?
8. ¿Qué signiica que todas las bobinas del devanado
averiado estén montadas con 5 ranuras entre sus
lados activos?
9. ¿Por qué de cada ranura salen 8 terminales que se
conectan a las delgas?
10. ¿Por qué la máquina reparada solamente dispone de
2 líneas de escobillas y, sin embargo, tiene 4 piezas
polares?
estudio del caso
Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.
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117. 116 Unidad 4
1. Principio de funcionamiento
de máquinas de corriente continua
Atendiendo a los principios de inducción electromagnética estudiados en la
primera unidad, si una espira o bobina se mueve en el interior de un campo
magnético inductor cortando sus líneas de fuerza, en ella se genera una fuerza
electromotriz que puede ser utilizada en el exterior mediante un sistema de
conmutación denominado colector. En este caso la máquina funciona como
generador (dinamo), ya que es capaz de transformar energía mecánica (la pro-
ducida en el giro de la bobina) en eléctrica (la obtenida en los terminales del
colector).
Giro
a Figura 4.1. Generador elemental.
Si por el contrario, por dicha bobina o espira se hace circular una corriente
eléctrica, esta genera un campo magnético con diferente polaridad en cada
uno de sus lados activos. Si dicha polaridad se hace coincidir con la del campo
inductor, la bobina produce un par de fuerzas que la hace girar sobre su eje.
Así, como el colector, que está dividido en dos zonas de contacto (delgas),
gira también, la conmutación hace que el sentido de la corriente se mantenga
siempre en el mismo lado del campo, conservando así la polaridad del campo
inducido respecto al campo principal y, por tanto, el giro continuado de la
bobina.
Par
a Figura 4.2. Motor elemental.
Todas las máquinas de corriente continua son reversibles, ya que pueden transfor-
mar energía mecánica en eléctrica, y viceversa. Es decir, pueden funcionar como
generador (dinamo) o como motor.
04 Maquinas electricas.indd 116 17/07/12 08:08

118. Máquinas rotativas de corriente continua 117
No obstante, en la actualidad el uso de las máquinas de corriente continua
como generadores (dinamos) está prácticamente en desuso o restringido a
aplicaciones muy específicas y aisladas. Por este motivo, aunque algunos con-
ceptos de los expuestos a continuación podrían aplicarse al funcionamiento
de la máquina como generador, el estudio se centrará en el caso de actuar esta
como motor.
1.1. Funcionamiento del motor elemental en corriente
continua
En la siguiente secuencia de imágenes se muestra cómo una espira es alimen-
tada (para su funcionamiento como motor) desde un sistema de conmutación
(colector) con dos delgas (A y B). En la posición inicial (1) la delga A es ali-
mentada desde el positivo de la fuente de alimentación. Teniendo en cuenta
el sentido de las líneas de fuerza del campo inductor (N-S) y el sentido de
la corriente que circula por el conductor, se originará un par de fuerzas que
producirá un giro de la espira sobre su propio eje según la regla de la mano iz-
quierda. En esa situación el par es máximo (línea de par máximo). Si la espira
logra vencer la posición (2) en la que las dos delgas cortocircuitan el sistema
de alimentación y, por tanto, el par es nulo, la delga B pasa a la posición (3) en
la que queda conectada al positivo de la alimentación. De esta forma, el lado
activo opuesto de la espira es recorrido por una corriente del mismo sentido,
presentándose nuevamente el par de fuerzas inicial, haciendo girar la espira de
forma continuada.
F F
+
–
+
–
N S N S N S
+
–
A
B B
B
A
A
1 2 3
F F
a Figura 4.3. Principio de funcionamiento del motor en corriente continua.
Así, en el motor de una única espira o bobina, se puede observar gráficamente
cómo el par cambia de sentido si el campo de excitación se mantiene fijo y se
invierte el sentido de la corriente en la bobina.
N S
N S
F
F
F
F
Giro en sentido horario Giro en sentido antihorario
a Figura 4.4. Inversión del sentido de giro del motor de una espira.
La entrada de corriente en el con-
ductor se representa mediante un
aspa (x) y la salida mediante un
punto (·).
recuerda
I
a Figura 4.5. Representación del
sentido de la corriente en un con-
ductor.
04 Maquinas electricas.indd 117 17/07/12 08:08

119. 118 Unidad 4
Si la máquina dispone de varias bobinas y, por tanto, de un mayor número de del-
gas, de forma que la conmutación permita que en todos los conductores que están
enfrentados a un polo se induzca una fuerza electromotriz del mismo sentido, el
par de fuerzas se mantendrá constante, haciendo que giren de forma continuada
sobre su propio eje.
De igual forma que con solo una espira, si se invierte el sentido de la corriente
de las bobinas, también lo hará el sentido del par de fuerzas y, con ello, el giro
del motor.
N S N S
F
F
F
F
a Figura 4.6. Inversión del sentido de giro de un motor con varias bobinas.
2. Constitución de máquinas
de corriente continua
Una máquina de corriente continua esta forma principalmente por un circuito
magnético y dos circuitos eléctricos.
2.1. Circuito magnético
El circuito magnético está formado por una parte fija, ubicada en el estator, y
otra móvil en el rotor. Sobre ellas se encuentran bobinados los dos circuitos
eléctricos.
Carcasa
Base
Tambor de rotor
(Armadura)
Piezas polares
a Figura 4.7. Partes del circuito magnético en una máquina de corriente continua.
El circuito magnético fijo está constituido por piezas o masas polares, tantas como
polos tiene la máquina. Estas piezas, que pueden ser de tipo saliente o ranurado, se
fijan a la carcasa o culata de la máquina, que se encargará de cerrar dicho circuito
magnético.
Se denomina entrehierro al espa-
cio de aire que existe entre las dos
partes del circuito magnético.
saber más
Entrehierro
a Figura 4.8. Entrehierro.
04 Maquinas electricas.indd 118 17/07/12 08:08

120. Máquinas rotativas de corriente continua 119
A continuación se muestran los dos casos.
a Figura 4.9. Circuito magnético del inductor (piezas polares de tipo saliente y ranurado).
El circuito rotativo es un tambor cilíndrico de chapa magnética que se encuentra
ranurado de forma axial. Se le suele denominar armadura y por su centro pasa el
eje de la máquina, en el cual también se encuentra embutido el colector de delgas
y los rodamientos.
a Figura 4.11. Detalle del circuito magnético del inducido y de su armadura.
2.2. Circuito eléctrico
El circuito eléctrico está constituido por dos partes bien diferenciadas: el inductor
y el inducido.
El circuito inductor
Se encuentra alojado en el estator y bobinado sobre las piezas polares. Es el encar-
gado de generar el campo magnético fijo que se induce sobre el circuito del rotor.
Está constituido por bobinas de grandes dimensiones, cuyo número es igual al de
polos que tiene la máquina. El inductor también recibe el nombre de excitación
o devanado de excitación.
Bobinas inductoras
Culata (carcasa)
Piezas polares
a Figura 4.12. Detalle de un circuito inductor de dos polos.
De igual forma que en los trans-
formadores, el uso de finas chapas
en el circuito magnético disminuye
los efectos de las corrientes parási-
tas o de Foucault.
recuerda
a Figura 4.10. Detalle de una pieza
polar formada por chapas magné-
ticas.
Las máquinas rotativas de corriente
continua requieren dos devanados:
uno denominado inductor y otro
inducido, instalados en el estator y
en el rotor respectivamente.
caso práctico inicial
04 Maquinas electricas.indd 119 17/07/12 08:09

121. 120 Unidad 4
El número de pares de polos debe ser siempre par, de forma que la polaridad se
presente de forma alternativa (N-S-N-S…). El centro de cada uno de los polos
se denomina eje polar, habiendo tantos como pares de polos tenga la máquina. El
ángulo entre dos polos consecutivos siempre debe ser el mismo.
El eje situado entre dos polos se denomina línea neutra, y sobre ella los efectos
magnéticos serán nulos. Así, una máquina de corriente continua tiene tantas
líneas neutras como pares de polos.
N S S
N
N
S
Línea neutra
Eje polar
Máquina bipolar Máquina tetrapolar
a Figura 4.14. Número de polos en máquinas de corriente continua.
El circuito inducido
Se encuentra alojado en el rotor. Su devanado consta de numerosas bobinas que
se sitúan en las ranuras del tambor y que, además, se encuentran conectadas al
exterior a través del sistema de conmutación.
Tambor de chapas magnéticas
Colector de delgas
Rodamiento
Devanado del inducido
a Figura 4.15. Devanado de una máquina de corriente continua.
El elemento de conmutación
Es uno de los elementos más importantes de este tipo de máquinas. Se encarga
de conectar eléctricamente los devanados del inducido con el circuito exterior,
bien para entregar energía en el caso de los generadores, bien para recibirla en el
caso de los motores.
El conjunto de conmutación es el que más desgaste sufre debido al funcionamien-
to de la máquina, por tanto, también es el elemento que más atención requiere
al realizar las tareas de mantenimiento y reparación. Debido a esto, el sistema de
conmutación, especialmente en máquinas de gran potencia, es accesible desde
el exterior para su supervisión y comprobación sin necesidad de desmontar la
máquina.
En el símbolo de una máquina de
corriente continua los dos devana-
dos se representan por separado.
saber más
M
Inducido
Inductor
a Figura 4.13. Símbolo de un mo-
tor de corriente continua.
El elemento de conmutación que
permite conectar el devanado del
rotor con el circuito exterior se
denomina colector.
caso práctico inicial
04 Maquinas electricas.indd 120 17/07/12 08:09

122. Máquinas rotativas de corriente continua 121
Tres aspectos son importantes al hilo del elemento de conmutación:
Colector
Es un tambor formado por pequeñas láminas de cobre denominadas delgas. A
estas láminas se conectan los terminales de las numerosas bobinas que forman
el circuito del inducido. Las delgas están aisladas entre sí, y también de los otros
elementos metálicos de la máquina mediante un material no conductor que suele
ser mica o micanita.
Sobre el colector se apoyan las escobillas, que son las encargadas de establecer la
conexión eléctrica con el inducido a través de las delgas.
Las escobillas son normalmente de grafito, aunque en algunas ocasiones se fabri-
can también de latón. Pueden aparecer de numerosas formas y configuraciones,
pero la más común cuenta con un cable flexible para su conexión a la caja de
bornes de la máquina y con un muelle-resorte para un apoyo óptimo sobre el
colector.
a Figura 4.18. Diferentes tipos de escobillas (Cortesía de Sintercarbo, S.A.).
La escobilla es el elemento de una máquina eléctrica que más hay que cambiar en
tareas de mantenimiento. Por ese motivo, los fabricantes instalan portaescobillas
que facilitan esta tarea sin necesidad de desmotar la máquina.
La presión de las escobillas sobre el colector suele ser ajustable mediante algún
tipo de resorte o tensor.
En ningún caso el acceso a las escobillas debe hacerse con la máquina en funcio-
namiento, ya que además de ser perjudicial para la máquina, es muy peligroso para
la persona que las manipula.
a Figura 4.19. Detalle de dos es-
cobillas de una máquina eléctrica.
a Figura 4.16. Colector de delgas.
Escobilla
Colector
Cable de conexión
a Figura 4.17. Detalle de escobilla sobre colector.
La micanita es un material dieléc-
trico que está compuesto por finas
láminas de mica adheridas entre sí
por medio de goma o laca.
saber más
04 Maquinas electricas.indd 121 17/07/12 08:09

123. 122 Unidad 4
Colocación de escobillas
La misión del elemento de conmutación es mantener el mismo sentido de la
corriente en los haces activos de una bobina. Esto debe ocurrir cuando las dos
delgas de la bobina han girado lo suficiente como para situarse entre las dos esco-
billas, siempre con la polaridad invertida. El paso de delga en el colector es muy
corto, por lo se garantiza de esta manera que el par del motor sea prácticamente
constante, ya que cuando una bobina sale de la línea de máximo par (eje polar)
ya ha entrado otra.
Para que la conmutación se realice de forma eficiente las escobillas deben ubicar-
se en las líneas neutras. Así, una máquina dispondrá de tantas líneas de escobillas
como líneas neutras.
N S
+ –
Línea neutra
Eje polar
a Figura 4.20. Fijación de las escobillas en la línea neutra.
Las máquinas de gran potencia y de gran tamaño recurren a la instalación de
líneas de escobillas, así el rozamiento en toda la longitud del tambor del colector
es uniforme.
Reacción del inducido
Cuando los devanados de una máquina de corriente continua funcionando como
motor son atravesados por una corriente eléctrica, en ellos se generan sendos
campos magnéticos cuyas líneas de fuerza son similares a los mostrados en la
figura.
N S N S
Línea neutra Línea neutra
Inductor Inducido
a Figura 4.21. Campos generados en inductor e inducido de un motor de corriente continua.
El campo del inducido se presenta de forma transversal al de inductor. Si la má-
quina (en este caso motor) no tiene carga, ambos campos se mantienen como en
las figuras.
Español-Inglés
Escobillas de carbón: carbon
brush
Motor de corriente continua:
DC motor
Motor de CC con escobillas:
brushed DC motor
Excitación independiente:
separately excited
Excitación en paralelo: Shunt
excited
vocabulario
a Figura 4.22. Detalles de líneas
de escobillas en máquinas con co-
lectores de grandes dimensiones.
04 Maquinas electricas.indd 122 17/07/12 08:09

124. Máquinas rotativas de corriente continua 123
Sin embargo, cuando se aplica a la máquina una carga (en este caso una resisten-
cia mecánica en su eje), la corriente del inducido aumenta y, por tanto, también
lo hará el campo generado en él. Este efecto produce una distorsión del campo
inductor que genera el desplazamiento de la línea neutra un determinado número
de grados. A este efecto se le denomina reacción de inducido, y es necesario te-
nerlo en cuenta para realizar el calado correcto de las escobillas, de lo contrario
se producirá un exceso de chispas en ellas y en el colector que podrían dañar la
máquina.
N S
Desplazamiento
de la línea neutra
a Figura 4.24. Distorsión del campo inductor debido a la reacción del inducido.
Polos auxiliares o de conmutación
Los efectos producidos por la reacción del inducido son asumibles en máquinas de
pequeña potencia y en aquellas cuya carga es constante. Sin embargo, en máqui-
nas de gran potencia cuya carga cambia de forma continuada, es necesario realizar
el calado de las escobillas cada vez que se produce un cambio.
Para evitar el desplazamiento de la línea de escobillas debido a la reacción del
inducido se colocan en la culata los denominados polos de conmutación o polos
auxiliares.
Los polos de conmutación son piezas polares, de menor tamaño que las piezas
polares principales, que se ubican en la línea neutra de la máquina. Su devanado
se conecta en serie con el inductor y genera un campo de compensación que
evita la distorsión del campo de excitación y, también, la necesidad de realizar el
desplazamiento de la línea de escobillas.
N S
S
N
Línea neutra
Polos de conmutación
Calado de escobillas
a Figura 4.25. Polos de conmutación en una máquina de corriente continua.
Si la máquina funciona como gene-
rador (dinamo), la línea neutra se
desplaza en el sentido opuesto al
del motor. Por tanto, para que una
máquina pueda pasar de genera-
dor a motor, y viceversa, siempre es
necesario realizar el calado de las
escobillas en el sentido adecuado.
saber más
Motor Generador
a Figura 4.23. Calado de escobillas
en motor y en generador.
Llamaremos polos de conmuta-
ción a las piezas polares de menor
tamaño. Se instalarán para evitar
el desplazamiento de la línea de
escobillas debido a los efectos de la
reacción del inducido.
caso práctico inicial
El número de pares de polos de
conmutación debe ser igual al
número de pares de polos del
devanado principal.
saber más
04 Maquinas electricas.indd 123 17/07/12 08:09

125. 124 Unidad 4
3. Tipos de conexión entre devanados
En función de cómo se conecten los devanados (inducido e inductor) entre sí, se
pueden conseguir las siguientes configuraciones:
• máquina serie,
• máquina Shunt o derivación,
• máquina compuesta (Compound),
• máquina de excitación independiente.
+
–
+
–
+
–
+
–
+
–
Shunt
Serie Compound Independiente
A B A B
C D
A B
C D
A B
J K
F
E
F
E
a Figura 4.26. Tipos de conexión entre devanados.
No todos los devanados son intercambiables para conseguir las diferentes con-
figuraciones aquí propuestas. Por ejemplo, un devanado inductor diseñado para
una conexión serie, no puede conectarse en Shunt, y viceversa, ya que el número
de espiras y el diámetro del conductor con el que está construido son diferentes.
Sin embargo, el devanado inductor para un motor Shunt puede utilizarse sin
problemas en una máquina con conexión independiente.
3.1. La caja de bornes
Los bornes de cada uno de los devanados están etiquetados según la configuración
para la que han sido diseñados. Generalmente, este tipo de máquinas dispone de
cuatro bornes de conexión en su caja de bornes, excepto la máquina Compound
que dispone de seis.
+
–
B
A
F
E
Máquina serie
+ –
B
A
D
C
Máquina Shunt
+ –
B
A
K
J
Máquina independiente
+
–
Alimentación 1
Alimentación 2
a Figura 4.27. Cajas de bornes en diferentes tipos de motores de corriente continua.
Las conexiones entre devanados de máquinas autoexcitadas se realizan con puen-
tes que facilita el fabricante o mediante latiguillos que debe construir el técnico
de montaje.
Excepto la máquina independien-
te, todas las demás reciben el nom-
bre de autoexcitadas.
saber más
Que los bornes de la máquina estén
etiquetados como A-B J-K implica
que esta opera como un motor de
excitación independiente.
caso práctico inicial
04 Maquinas electricas.indd 124 17/07/12 08:09

126. Máquinas rotativas de corriente continua 125
3.2. La inversión del sentido de giro
Para invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua, se debe cam-
biar sentido de la corriente en uno de sus devanados. Esto hace que se invierta el
par en el inducido, produciendo en consecuencia el cambio en el sentido de giro
del motor. Desde el exterior de la máquina esto se realiza permutando los cables
de alimentación, bien en los bornes del devanado inducido, bien en los bornes del
devanado inductor. Por otro lado, para evitar que el motor se acelere demasiado,
en la práctica siempre se recomienda invertir las conexiones del inducido en lugar
de las del inductor (excitación).
En la figura se muestra cómo deben conectarse los terminales de los devanados en
los diferentes tipos de máquinas para que inviertan su sentido de giro.
+
–
B
A
F
E
Máquina serie
+ –
B
A
D
C
Máquina Shunt
+
–
B
A
K
J
Máquina Independiente
+
–
Alimentación 1
Alimentación 2
a Figura 4.29. Conexión de bornes para la inversión del sentido de giro.
3.3. El arranque de los motores de corriente continua
En el momento de su arranque un motor de corriente continua genera una sobre-
corriente que puede ser perjudicial, tanto para la instalación de alimentación como
para los devanados de la propia máquina. Para disminuir dicha corriente se conecta
un reóstato en serie con el devanado inducido. Así, cuando el motor alcanza su
funcionamiento nominal, en velocidad y en corriente, el reóstato se anula.
ejemplo
La siguiente figura muestra cómo se conecta el reóstato en serie con el
inducido para el arranque de un motor Shunt.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100
0
50
editex
Fusibles
Reóstato
de
arranque
I I
Editex
J
C
M
C
+
-
B
A
F
E
1 2
1 3
3 4
2 4
–
+ +
– –
+
–
A B
C D
A
A
0
10
0,5
J.C.M.Castillo
Editex
Reóstato
a Figura 4.30. Arranque de un motor Shunt.
+
–
+
–
+
–
+
–
a Figura 4.28. Sentido de giro en
motores: antihorario (arriba) y ho-
rario (abajo).
El REBT en la instrucción ITC-BT-47
establece que la constante máxi-
ma de proporcionalidad entre
la intensidad de la corriente de
arranque y la de plena carga, en
los motores de corriente continua,
debe ajustarse a los siguientes
valores:
Potencia Constante
De 0,75 kW
a 1,5 kW
2,5
De 1,5 kW
a 5,0 kW
2,0
De más de
5,0 kW
1,5
recuerda
(continúa)
04 Maquinas electricas.indd 125 17/07/12 08:09

127. 126 Unidad 4
3.4. Variación de velocidad
La velocidad de un motor de corriente continua es directamente proporcional a la
tensión del inducido VAB
e inversamente proporcional al campo de excitación Φ.
La constante K es propia de la máquina y es definida por el fabricante en función
el número de polos, de espiras y de derivaciones del devanado.
N =
VAB
K · Φ
Así, es fácil comprender que si se varía la tensión del devanado inducido o si se
modifica el campo del inductor, variando la corriente que por él circula, también
lo hace la velocidad de la máquina.
V+
V–
Reóstato Reóstato
V+
V–
Regulación a par constante Regulación a potencia constante
a Figura 4.31. Conexión del reóstato de regulación de la velocidad.
La forma clásica de regular la velocidad en un motor de corriente continua se
basa en insertar un reóstato de potencia adecuada en serie con uno de los de-
vanados. Si bien esta forma es sencilla y eficaz desde el punto de vista eléctrico,
no lo es tanto desde el punto de vista del montaje y de la instalación, ya que los
reóstatos de regulación son dispositivos voluminosos. Si el reóstato se conecta en
el circuito del inducido, la regulación de velocidad se realiza a par constante; sin
embargo, si se conecta en el circuito inductor, se dice que la regulación se realiza
a potencia constante.
En la actualidad el arranque y la regulación de velocidad en máquinas de co-
rriente continua, cuando esta funciona como motor, se realiza utilizando medios
electrónicos. Esto presenta las siguientes ventajas:
• Menor espacio en el cuadro de control.
• Mayor facilidad en el ajuste y configuración.
• Mejor interconexión con otros sistemas de control industrial, como pueden ser
los autómatas programables.
La puesta en tensión de la máquina debe hacerse con el reóstato a máxima
resistencia. Así, disminuiremos progresivamente el valor óhmico hasta que el
motor consiga su velocidad nominal, en cuyo caso el valor de la resistencia debe
ser cero. Observa lo que ocurre con la corriente.
En un motor en derivación, si se
desconecta el devanado inductor
con el motor en marcha, este se
embala de forma peligrosa. Tam-
bién puede producirse este efecto
en motores en serie si no se coloca
carga en el eje.
recuerda
En la actualidad la regulación de
velocidad se realiza utilizando me-
dios electrónicos.
saber más
(continuación)
04 Maquinas electricas.indd 126 17/07/12 08:09

128. Máquinas rotativas de corriente continua 127
Analizando las curvas de variación de velocidad y tomando en este caso como
referencia un motor Shunt o uno con excitación independiente, se puede com-
probar cuál es el comportamiento de la máquina.
• Variación de velocidad regulando la tensión del inducido. En la curva se ob-
serva cómo al regular la tensión del inducido VAB
, la velocidad varía de forma
constante. En este caso se ha representado una línea recta que corresponde
a la variación de velocidad del motor sin carga. No obstante, si el motor dis-
pone de un par resistente en su eje, esta puede no ser exactamente una recta,
debido a las deformaciones del flujo producidas por el efecto de la reacción
del inducido.
N
VAB
Velocidad
Tensión del inducido
a Figura 4.32. Curva de tensión inducida-velocidad.
• Variación de la velocidad regulando la corriente de excitación. En la curva se
observa cómo al disminuir la corriente de excitación, la velocidad del motor
aumenta. En este caso hay un punto crítico de corriente Ia, que indica que al
disminuir demasiado la intensidad de la excitación, la máquina tiende a em-
balarse, aumentando de forma peligrosa su velocidad.
Corriente excitación
N
Iexc
Velocidad
Ia
Na
Nn
In
Embalamiento
a Figura 4.33. Curva de corriente de excitación-velocidad.
3.5. Característica de velocidad
Se denomina característica de velocidad a la curva que representa el comportamien-
to de un motor cuando sobre su eje aumenta la carga y se mantiene invariable la
tensión de alimentación.
04 Maquinas electricas.indd 127 17/07/12 08:09

129. 128 Unidad 4
Supondremos un circuito para el funcionamiento de un motor de excitación
independiente o uno de excitación Shunt. Una vez arrancado, si se mantiene la
tensión de alimentación al motor, tanto del inducido como de la excitación, al
modificar el valor de la carga en su eje, se observa que la velocidad y la corriente
del inducido cambian.
Hay que tener en cuenta que en los motores de derivación, debido a que se
encuentran autoexcitados, la velocidad tiende a autorregularse. Además, dicha
variación de velocidad no es superior al 10%, lo que significa que en este tipo de
motores, la velocidad se mantiene estable aunque se modifique su carga.
3.6. Característica de par
El par interno del motor se relaciona directamente con el flujo de la excitación y
con la corriente del inducido. Así, si el flujo generado por el campo de excitación
no varía, el par motor dependerá de forma proporcional de la corriente del inducido.
Corriente del inducido
N
IAB
Velocidad
a Figura 4.34. Característica de par.
3.7. Característica par-velocidad
También denominada característica mecánica, se representa mediante una curva
en la que se relaciona el par motor con la velocidad. En ella se observa cómo el
par útil disminuye de forma constante a medida que la velocidad aumenta. Así,
el par se mantiene constante a velocidad nominal. El par de arranque es muy
elevado, pero también lo es la corriente absorbida en ese instante.
Par
Pn
N
Nn
N0
a Figura 4.35. Característica par-velocidad.
04 Maquinas electricas.indd 128 17/07/12 08:09

130. Máquinas rotativas de corriente continua 129
4. Devanados en máquinas
de corriente continua
En este apartado se estudiará el diseño de los devanados en máquinas de corriente
continua desde el punto de vista de su esquema y su ejecución. El cálculo eléctri-
co o redimensionado de la máquina se sale de los objetivos de estos estudios, por
lo que aquí solamente se trabajarán los conceptos y habilidades correspondientes
a la reparación e, incluso, al rebobinado de una máquina de corriente continua
sin modificar sus características eléctricas.
4.1. Devanado inductor o de excitación
El devanado inductor o de excitación se encuentra instalado en el estator y dis-
pone de tantas bobinas como número de polos tiene la máquina. Además, si está
prevista la instalación de polos de conmutación, debe añadirse un número de
bobinas auxiliares igual al número de polos principales.
Cada bobina debe generar un polo magnético. Así, al menos debe haber dos
bobinas de signos contrarios para generar un campo magnético de excitación.
Las bobinas están formadas por numerosas espiras de hilo esmaltado con dos ter-
minales de conexión. Estos se utilizarán para la conexión de las otras bobinas del
mismo devanado al interior de la caja de bornes. Todo el conjunto se cubre con
cinta de algodón y posteriormente se impregna de barniz.
a Figura 4.37. Detalle de una bobina inductora en un polo de tipo saliente y extraíble.
Las bobinas del devanado inductor se construyen teniendo en cuenta el tipo de
excitación de la máquina, ya que no es lo mismo una bobina destinada a una
máquina con excitación en serie que a una de tipo Shunt.
La conexión entre bobinas inductoras se hace en serie de modo que los signos
de los polos magnéticos sean contrarios para bobinas contiguas (N-S-N-S, etc.).
Así, para una máquina bipolar deben conectarse dos bobinas, para una tetrapolar
cuatro bobinas, y así sucesivamente. El signo del polo es fácil de identificar, dando
por supuesto un sentido de la corriente en la bobina y aplicando la regla de la
mano derecha o la regla del sacacorchos.
La siguiente figura muestra cómo se consiguen los polos en dos bobinas que es-
tén situadas en un mismo plano y con la misma posición del arrollamiento del
conductor.
Terminales del hilo
esmaltado
Fundas aislantes
Hueco para la
pieza polar
Bobina encintada
a Figura 4.36. Bobina polar o in-
ductora.
a Figura 4.38. Forma de averiguar
la polaridad de la bobina.
04 Maquinas electricas.indd 129 17/07/12 08:09

131. 130 Unidad 4
Quedaría del siguiente modo:
I I
I I
N
S
Sin embargo, cuando dichas bobinas se encuentran situadas en la carcasa de la
máquina, la disposición de terminales puede estar cambiada respecto al esquema
anterior. En este caso es necesario conocer el sentido de arrollamiento del con-
ductor y aplicar la regla de la mano derecha en cada uno de los polos.
ejemplo
En la siguiente máquina se representa la conexión de las bobinas insta-
ladas en la culata de una máquina bipolar.
Rotor
Así, si las bobinas se representan con la cara o lado que mira hacia el rotor, la
conexión de ambas bobinas es la siguiente:
I
N S
I
actividades
1. Dibuja cómo sería la conexión de las bobinas inductoras para una máquina rotativa de 4 polos.
c Figura 4.41. Conexión
de bobinas.
c Figura 4.40. Conexión
de bobinas inductoras
en una máquina bipolar.
d Figura 4.39. Conexión de
bobinas inductoras en una
máquina bipolar (derecha)
y conexión simplificada
(izquierda).
Si una máquina dispone de 4 bobi-
nas de gran tamaño, significa que
tiene cuatro polos.
caso práctico inicial
Podría ocurrir que por motivos
constructivos, y para facilitar la
conexión entre bobinas en el inte-
rior de la máquina, algunos fabri-
cantes opten por realizar el arro-
llamiento del hilo de las bobinas
polares en sentido contrario unas
de otras. Esto habrá que tenerlo
muy en cuenta en el momento de
la conexión entre ellas, pues así
conseguimos polos de diferente
signo.
importante
04 Maquinas electricas.indd 130 17/07/12 08:09

132. Máquinas rotativas de corriente continua 131
4.2. Devanado del inducido o de la armadura
El devanado del inducido se aloja en el rotor y se conecta al exterior a través del
dispositivo de conmutación.
Parte inferior
de bobinas
Conexiones de terminales
de bobinas al colector
Cabezas de las bobinas
Ranuras con haces
activos de las bobinas
a Figura 4.43. Partes del inducido de una máquina de corriente continua.
Todos los inducidos que se realizan en la actualidad son de tipo tambor. En ellos
todas las bobinas se alojan en las ranuras de un núcleo con forma cilíndrica fa-
bricado en chapa magnética. Los terminales se conectan a las delgas del colector.
Cada devanado está formado por un número determinado de bobinas, cuyos
terminales (al menos 2) se encuentran entre dos delgas diferentes del colector
siguiendo un criterio geométrico que se verá más adelante.
Conexiones de
los terminales
Bobina
Delgas
Ranuras del
rotor
a Figura 4.44. Bobina en inducido.
Para facilitar la representación de esquemas de devanados, las bobinas se dibujan
con un solo hilo, representado sus cabezas, lados activos y terminales de co-
nexión. En los esquemas no se representan las ranuras, aunque de forma opcional
pueden aparecer con un número para identificar el orden en el devanado.
3
3 4 5
5 6
Lados activos
en ranuras
Cabeza de bobina
Terminales de
bobinas en delgas
Número de ranura
a Figura 4.45. Representación de una bobina.
N
S
Ranuras con
los conductores
de las bobinas
Tambor
Colector
a Figura 4.42. Conductores en el
tambor del inducido.
04 Maquinas electricas.indd 131 17/07/12 08:09

133. 132 Unidad 4
Secciones inducidas
Una bobina se divide en diferentes partes que se alojan en las mismas ranuras y
que poseen sus propios terminales de conexión. A cada una de ellas la llamamos
sección inducida. Así, una bobina con una sola sección inducida dispone de dos
terminales de conexión. Si son dos las secciones inducidas, tiene cuatro termina-
les de conexión, y así sucesivamente.
1 sección inducida 2 secciones inducidas 3 secciones inducidas
a Figura 4.46. Bobinas con una o varias secciones inducidas.
En cierto modo se puede decir que las secciones inducidas son en realidad bobinas
independientes que se alojan en las mismas ranuras de la armadura.
El número de secciones inducidas S de un devanado es igual al número de delgas
del colector D.
S = D
De igual forma, el número de secciones inducidas por bobina u es el resultado
de dividir el número de delgas D del colector entre el número de ranuras de la
armadura K.
u =
D
K
En los esquemas de devanados los lados activos que van en el interior de las ra-
nuras se pueden representar de dos formas:
1. Utilizando líneas individuales de trazo continuo para las de la primera capa
(salientes), y utilizando líneas de trazo discontinuo para las de la segunda (en-
trantes).
2. Utilizando líneas de color grueso, una para primera capa y otra para la segunda.
De ellas saldrán las cabezas de cada una de las secciones inducidas.
3
Forma 1 Forma 2
a Figura 4.48. Formas de representación de las secciones inducidas en un devanado.
Todas las secciones inducidas de
una bobina deben ser iguales en
el número de espiras y en el diá-
metro del conductor.
importante
Las secciones inducidas se realizan
en el momento de construcción de
la bobina, colocando tantos hilos
en paralelo como secciones indu-
cidas se deseen conseguir.
saber más
Las bobinas de máquinas de gran
potencia se construyen con pletinas
en lugar de usar hilo esmaltado.
saber más
a Figura 4.47. Bobina preformada
(Cortesía de Telsen.net).
04 Maquinas electricas.indd 132 17/07/12 08:09

134. Máquinas rotativas de corriente continua 133
4.3. Clasificación de los devanados
Los devanados de los inducidos se clasifican según diferentes criterios:
Según el número de capas por ranura
Aparecen distintos casos en función del número de bobinas que ocupan una ra-
nura. Los devanados pueden ser de una o de doble capa.
Los devanados de una capa son aquellos en los que una ranura es ocupada solamen-
te por los conductores de una sola bobina. Los devanados de dos capas son aquellos
en los que la ranura es ocupada en dos niveles por los lados activos de dos bobinas.
Dos capas
por ranura
Representación
abreviada
a Figura 4.49. Devanados de doble capa.
Es evidente que aquellos devanados que requieran más de una sección inducida
en sus bobinas, todas ellas estarán en su capa correspondiente.
1 sección por capa 2 secciones por capa 3 secciones por capa
a Figura 4.50. Secciones inducidas por capa.
En los devanados que requieren más de una sección inducida, los lados activos de
la bobina saliente de una ranura se colocan en la capa superior y los entrantes en
la capa inferior de la ranura a la que saltan.
En algunas ocasiones puede ser necesario detallar la conexión de cada una de las
secciones inducidas. Para ello se utiliza un esquema similar al de la figura.
Ranura 6
Delgas
Ranura 9
a Figura 4.52. Detalle de conexión de secciones inducidas en un devanado.
Por lo general, los devanados de
los inducidos se ejecutan todos a
doble capa.
saber más
Representaremos la capa supe-
rior como el conjunto de haces
activos salientes de una bobina.
La capa inferior representará el
de los entrantes. En los esquemas
los primeros aparecerán con línea
continua y los segundos en línea
discontinua.
recuerda
Los devanados de doble capa
requieren dos terminales por cada
delga del colector.
caso práctico inicial
c Figura 4.51. Detalle del ca-
bleado de dos secciones in-
ducidas de un devanado de
doble capa.
04 Maquinas electricas.indd 133 17/07/12 08:09

135. 134 Unidad 4
Según la conexión de bobina en el colector
En función de cómo se conecten los finales de las bobinas y secciones inducidas
en el colector, los devanados pueden ser:
• imbricados o en paralelo,
• ondulados o en serie.
Devanados imbricados
También denominados devanados paralelos, se caracterizan porque cada lado de
la bobina queda situado debajo de un polo de signo contrario.
Este tipo de devanados a su vez se clasifican en simples y múltiples.
• Devanados imbricados simples. Los terminales se conectan siempre a delgas
adyacentes, pudiendo hacerse en la anterior o en la posterior. Si la conexión
se realiza en la siguiente delga, el devanado avanza en sentido horario y se
denomina progresivo o no cruzado. Si por el contrarios la conexión se realiza
en la delga anterior, el devanado retrocede denominándose regresivo o cruzado.
3 6
3 4 5 6
S N
4 5 5 6
3 4 5 6
N S
3 4
Devanado progresivo
(no cruzado)
Devanado regresivo
(cruzado)
a Figura 4.54. Detalles de devanados imbricados simples.
ejemplo
En la siguiente figura se muestra cómo se ejecuta un devanado a dos capas.
6
7
8
9
3
4
5
3
3
4
4 8
8
9
9
2 3 4 5 6
6 7 8
3
3 4 5 6
6 7 8 9
9
c
c
c
c
N
S
a Figura 4.53. Distribución de los devanados en dos capas.
En el esquema del devanado (izquierda), se representan dos haces activos en
cada ranura. Si nos centramos en la ranura marcada como número 6, se puede
ver que la bobina de color verde es entrante y la bobina de color rojo saliente.
Así, las primeras siempre se montarán en la capa inferior de la ranura y las
segundas en la superior, siendo habitual que el lado que llega a las ranuras se
represente de forma punteada y el que sale de ellas en línea continua.
Español-Inglés
Devanado: winding
Devanado de inducido: armadure
winding
Devanado imbricado: lap winding
Devanado ondulado: wave
winding
Bobinas serie: coils series
Bobinas de campo (inductoras):
field coil
Progresivo: progressive
Regresivo: retrogressive
vocabulario
El devanado progresivo o no cru-
zado es el más común para el
bobinado de inducidos.
saber más
04 Maquinas electricas.indd 134 17/07/12 08:09

136. Máquinas rotativas de corriente continua 135
En este tipo de devanados el número de ramas en paralelo es igual al número
de pares de polos. Es decir, dos para las máquinas bipolares, cuatro para las
tetrapolares, seis para las hexapolares, y así sucesivamente.
• Devanados imbricados múltiples. Cuando la máquina es de gran potencia y
trabaja con tensiones reducidas, la corriente de las ramas paralelas del devana-
do aumenta de forma considerable. En estos casos, para completar el recorrido
de todas las secciones inducidas del devanado, hay que dar varias vueltas al
inducido. Así, si solamente se dan dos vueltas, el devanado se denomina doble;
si se dan tres, triple, y así sucesivamente. No obstante, no es habitual realizar
devanados superiores al doble.
1
8 3 5 6 7
1 2 3 4 5 6 7 8
N S
2 4
a Figura 4.55. Ejemplo de un devanado imbricado doble.
De igual forma que los devanados imbricados simples, los de tipo múltiple
pueden ser progresivos o regresivos.
Devanados ondulados
En un devanado ondulado los terminales de las bobinas o secciones inducidas se van
conectando en avance con la armadura. Así, para recorrer un grupo de secciones in-
ducidas de igual número que el de pares de polos, es necesario dar una vuelta completa
al inducido. Se observa entonces que dichas secciones inducidas se encuentran co-
nectadas en serie entre sí y que sus terminales se unen en delgas que no son contiguas.
En los bobinados ondulados solamente existen dos ramas en paralelo, a diferen-
cia con los imbricados, que disponen de tantas ramas como polos. Este dato es
importante, ya que una máquina con un devanado ondulado, solamente requiere
un par de escobillas. No obstante, para mejorar la conmutación y evitar un exceso
de corriente sobre ellas, es habitual disponer de tantas escobillas como pares de
polos tenga la máquina.
1 8
S N S N
2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13
1 2
13
3
1
12
2
1 3 4
4 5 6 7 8
8 9
9 10
0
1
1 11
1
a Figura 4.56. Ejemplo de un devanado ondulado.
En los devanados imbricados sim-
ples cada bobina siempre estará
conectada entre dos delgas conti-
guas.
saber más
Debido a la disposición en serie
de las bobinas de un devanado
ondulado, estos se utilizan para
aplicaciones que requieren ele-
vadas tensiones y un consumo de
corriente no demasiado alto.
saber más
04 Maquinas electricas.indd 135 17/07/12 08:09

137. 136 Unidad 4
En este tipo de devanados, igual que en los imbricados, los haces activos de una
misma bobina siempre se encuentran situados bajo polos de signo contrario.
De igual forma que los devanados imbricados, los de tipo ondulado pueden ser
progresivos o regresivos, además de simples o múltiples.
4.4. Datos y conceptos utilizados en el diseño de devanados
A continuación se citan los datos de uso común para el diseño de cualquiera de
los devanados nombrados.
Paso polar (YP
)
Es la distancia que existe entre dos masas polares contiguas de signo contrario.
En el estudio electrotécnico de las maquinas rotativas este dato suele darse de
forma angular en grados. No obstante, para el diseño de los devanados es más útil
utilizar dicha distancia en número de ranuras, siendo así el valor del paso polar:
Yp
=
K
2p
Donde K es el número de ranuras totales de al máquina y p el número de pares
de polos.
N S S
N
N
S
Paso polar
Paso polar
Máquina bipolar Máquina tetrapolar
a Figura 4.57. Paso polar.
Paso de ranura (YK
)
Es el número de ranuras que hay de uno a otro lado activo de una misma bobina.
Se representa habitualmente por YK
.
El número de ranuras se empieza a contar en la ranura contigua a la que ubica el pri-
mer haz activo de la bobina. Así, en la siguiente figura el paso de ranura YK
es igual a 3.
1
2
3
4
10
11
12
Paso de ranura
(Yk)
a Figura 4.58. Paso de ranura.
Como se verá en el apartado rela-
tivo al cálculo, el diseño de los
devanados ondulados es mucho
más exigente que los imbricados,
ya que los primeros no se pueden
ejecutar para cualquier número de
ranuras y delgas de un inducido.
saber más
Los polos de conmutación no
deben ser tenidos en cuenta para
establecer el paso polar.
saber más
Las bobinas se montan con un
número de ranuras según el deno-
minado paso de ranura.
caso práctico inicial
04 Maquinas electricas.indd 136 17/07/12 08:09

138. Máquinas rotativas de corriente continua 137
El paso de ranura coincide aproximadamente con el paso polar YP
, pero en
ocasiones, en función del cálculo o del número de ranuras del inducido, pue-
de ser más pequeño (paso de ranura acortado) o más largo (paso de ranura
alargado).
N
N
S
S
Pas
o
p
o
l
a
r
Paso de
r
a
n
u
r
a
a
l
a
r
g
a
d
o
N
N
S
S
Pas
o
p
o
l
a
r
Paso de ranura
a
c
o
r
t
a
d
o
a Figura 4.59. Paso de ranura acortado y alargado.
A este paso también se le denomina paso o ancho de bobina, ya que es el nú-
mero de ranuras que hay que saltar para llegar desde un lado activo de la bobina
al otro.
Paso diametral
El concepto de paso diametral viene dado de las máquinas de dos polos (bi-
polares), en ellas el paso de ranura coincide con el paso polar, y además con
el diámetro del rotor. No obstante, esta denominación se da a todas aquellas
donde, aun no siendo bipolares, su paso de ranura o de bobina coincide con el
paso polar.
Paso de colector (YCOL
)
Es el número de delgas que hay entre los dos terminales de una sección inducida
o bobina.
YCOL YCOL
a Figura 4.61. Paso de colector de una bobina o sección inducida.
En cada uno de los casos el paso de colector será:
• En bobinados imbricados simples YCOL
= ±1, siendo el positivo para los progre-
sivos y el negativo para los regresivos.
• En los devanados imbricados múltiples será YCOL
= ±2 para los dobles, YCOL
= ±3
para los triples, etc.
En las máquinas de pequeña
potencia que funcionan como
motor, se suele acortar el paso
de ranura para obtener un mejor
comportamiento.
saber más
N
S
a Figura 4.60. Paso diametral.
04 Maquinas electricas.indd 137 17/07/12 08:09

139. 138 Unidad 4
• En los ondulados simples:
YCOL
=
D ± 1
p
Donde YCOL
es el paso del colector en número de delgas, D es el número de
delgas del colector y p el número de pares de polos de la máquina.
Unidades de medida para el diseño del devanado
La medida de los pasos o anchos nombrados anteriormente para el diseño del
devanado en la armadura puede hacerse de dos formas:
• Por número de ranuras.
• Por número de secciones inducidas.
Con cualquiera de ellas se obtienen los mismos resultados y, aunque aquí se da
preferencia a la medida por ranuras, se utilizarán también los cálculos por seccio-
nes inducidas para comprobar los resultados.
Ranuras
Secciones
inducidas
1 2 3 4 5 6
a Figura 4.62.
Los anchos a tener en cuenta en el diseño de los devanados imbricados y ondula-
dos (siempre en función del número de secciones) son los siguientes:
• Paso de sección (Y1
). Es el número de secciones inducidas de la capa superior
de la ranura que hay que contar para saltar de un lado activo a otro de la sec-
ción a la que se quiere aplicar el ancho. Dicho de otra forma, es el número de
secciones salientes (que parten de una ranura) a contar a partir de la ranura
contigua a la que aloja las secciones de referencia, hasta localizar los haces
activos de la capa inferior de dicha sección.
En la figura anterior se muestra cómo el paso de sección de este devanado es 6,
ya que es el número de lados activos de las secciones que se encuentran en la
capa superior antes de llegar a la ranura 4, que es la que aloja los haces activos
de entrada de la bobina de referencia.
El ancho de sección (Y1
) es el producto del ancho de bobina YK
(salto de ranu-
ra) por el número de secciones inducidas por bobina u.
Y1
= YK
· u
• Paso de conexión (Y2
). Es el número de secciones inducidas de la capa su-
perior que existe para realizar la conexión entre el final de la sección y el
principio del haz activo de la siguiente. Es decir, es el número de secciones
inducidas que hay que saltar para realizar la conexión entre una sección in-
ducida y la siguiente.
04 Maquinas electricas.indd 138 17/07/12 08:09

140. Máquinas rotativas de corriente continua 139
El paso de conexión es diferente según el tipo de ejecución del devanado.
Así para los de tipo imbricado es:
Y2
= Y1
– YCOL
Y para los de tipo ondulado:
Y2
= YCOL
– Y1
La figura que engloba todo lo anterior es la siguiente:
N N
S
2 8 9
1
Y1 Y2
YCOL
YCOL
3
1 2
2 3
3 4
4
4
N S
1 2
Yp
YCOL Y2
YCOL
Y1
Devanados ondulados
Devanados imbricados
a Figura 4.63. Anchos y pasos requeridos para el diseño de devanados de inducidos.
4.5. Diseño de devanados imbricados simples
A continuación se describe el proceso de diseño de los devanados imbricados simples.
El cálculo se realiza desde su punto de vista de su representación geométrica en el es-
quema, para su posterior rebobinado en una máquina similar. En ningún caso se reali-
zará el cálculo para una máquina nueva, ya que se sale de los objetivos de esta unidad.
El diseño de un devanado requiere conocer previamente cuáles son los datos
requeridos para su representación gráfica y su posterior ejecución en la armadura.
Datos previos al cálculo
Se debe partir de un conjunto de datos conocidos:
• pares de polos de la máquina (p),
• número de ranuras (K),
• número de delgas del colector (D),
• paso de colector YCOL
= ±1, siendo el positivo para los progresivos y el negativo
para los regresivos.
a Figura 4.64. Número de delgas. a Figura 4.65. Número de ranuras.
04 Maquinas electricas.indd 139 17/07/12 08:09

141. 140 Unidad 4
Secuencia de cálculo
A partir de los datos conocidos comienzan los cálculos necesarios para un correc-
to dimensionado del devanado:
• Paso 1. Se comprueba si el devanado se puede ejecutar. Para ello se divide el
número de ranuras de la armadura K entre el número de pares de polos p. El
resultado debe ser un número entero.
k
p
= Número entero
Si no se cumple esta condición, el devanado no es viable.
• Paso 2. Se calcula el ancho de bobina o paso de ranura YK
y el número de
secciones inducidas por bobina u:
YK
=
K
2p
u =
D
K
• Paso 3. Con estos dos sencillos cálculos ya es posible dibujar el esquema del
devanado. No obstante, es aconsejable disponer de otros datos para un mejor
desarrollo del mismo. Algunos de estos cálculos son:
Paso polar YP
= YK
Número total de secciones inducidas S = D
Número de bobinas del devanado B = K
Ancho de sección (Y1
) Y1
= YK
· u
Paso de conexión
En secciones inducidas (Y2
) Y2
= Y1
– YCOL
En ranuras (YCONEX
) YCONEX
= YCOL
– YK
El paso de conexión se puede hacer por secciones inducidas (Y2
) o por ranuras
(YCONEX
). En cualquier caso el resultado es el mismo.
Si el número de secciones inducidas es 1, los resultados para Y1
e Y2
coinciden
con las unidades de medida dadas en número de ranuras.
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado imbricado simple progresivo.
Datos previos
• Número de polos: 4 (2 pares de polos) p = 2
• Número de ranuras K = 12
• Número de delgas D = 12
• Paso de colector YCOL
= +1 (progresivo)
04 Maquinas electricas.indd 140 17/07/12 08:09

142. Máquinas rotativas de corriente continua 141
Datos principales
• Condición de ejecución.
K
p
=
12
2
= 6
Es un número entero, por tanto el devanado se puede ejecutar.
• Paso de ranura o de bobina.
YK
=
K
2p
=
12
4
= 3
• Secciones inducidas por bobina.
u =
D
K
=
12
12
= 1
Otros datos
• Paso polar. YP
= YK
= 3
• Número total de secciones inducidas. S = D = 12
• Número de bobinas del devanado. B = K = 12
• Ancho de sección. Y1
= YK
· u = 3 · 1 = 3
• Paso de conexión. Y2
= Y1
– YCOL
= 3 – 1 = 2
Se mide en secciones inducidas, sin embargo en este caso, al ser 1 el número de
secciones inducidas por bobina, se puede medir también en ranuras.
Diseño del esquema del devanado
1. Sabiendo que el número de secciones inducidas por bobina es 1, se dibujan
los haces activos de todas las bobinas en las ranuras (con línea continua el
haz de la capa superior de la ranura y con línea discontinua el de la capa
inferior). Las ranuras se pueden numerar si se desea. En el ejemplo se ha
considerado que la ranura número 1 es la que se encuentra en el extremo
izquierdo. No obstante, dicho orden no es significativo para la ejecución
del esquema.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
a Figura 4.66. Representación de haces activos en ranuras.
2. Se dibuja la cabeza de una bobina estableciendo el paso de ranura YK
en
3. Para ello se cuentan tres ranuras a partir de la contigua a la que se ha
dibujado el primer haz activo.
(continúa)
04 Maquinas electricas.indd 141 17/07/12 08:09

143. 142 Unidad 4
Quedaría así:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ranuras a contar
Yk
a Figura 4.67. Paso de ranura.
3. Siguiendo la misma pauta, se dibujan las cabezas de todas las bobinas.
Aquellas que quedan cortadas en ambos extremos del esquema, se pue-
den etiquetar opcionalmente para identificar mejor el recorrido del deva-
nado. En este caso se ha optado por disponer de la misma letra para los
extremos correspondientes a la misma bobina o sección inducida.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
a
b
c c
b
a
a Figura 4.68. Representación de cabezas de ranura.
4. Se conecta el haz activo saliente de la capa superior de la primera bobina
(ranura 1) a una delga del colector, que puede ser etiquetada como la
número 1. El haz activo saliente de la misma bobina se contactará a la
delga contigua (2), ya que es un devanado imbricado progresivo.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1
12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
a Figura 4.69. Conexión al colector.
5. El paso de conexión (Y2
) es de 2 secciones inducidas, que en este caso
coincide con 2 ranuras. Se une la delga etiquetada con el número 2 al haz
activo saliente de la siguiente bobina o sección inducida.
1 2 3 4
Y2
1
12 2 3
Ranuras a contar
1 2 3 4
1
12 2 3
a Figura 4.70. Paso de la conexión (izquierda) y detalle de la conexión (derecha).
(continuación)
04 Maquinas electricas.indd 142 17/07/12 08:10

144. Máquinas rotativas de corriente continua 143
6. Se completan todas las conexiones entre bobinas y delgas.
1
12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
a
b
c c
b
d
e e
d
a
a Figura 4.71.
7. Se establece la posición de las escobillas comenzando por la delga número
1. Como es una máquina de 4 polos, se deben dibujar 4 escobillas equi-
distantes entre sí, ubicadas en las delgas 1-7 y 4-10 para sus respectivos
signos.
8. Y, finalmente, como comprobación se establece un sentido de corrien-
te arbitrario para las escobillas. En este caso se ha considerado que la
corriente entra por las escobillas de las delgas 1 y 7, y sale por las delgas
4 y 10. Así, si en cada haz activo se representa con una flecha el sentido
de la corriente, se comprueba que está correctamente dibujado, ya que se
consiguen dos polos de un signo y otros dos de otro, siendo alternativos
entre sí.
1
12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
a
b
c c
b
d
e e
d
a
N N
S
a Figura 4.72.
9. Así, la representación circular de este devanado es:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
a Figura 4.73. Representación circular.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
a Figura 4.74. Colocación de bobi-
nas y conexiones.
04 Maquinas electricas.indd 143 17/07/12 08:10

145. 144 Unidad 4
ejemplo
En el ejemplo anterior se mostraba el devanado imbricado simple pro-
gresivo correspondiente al inducido de una máquina de corriente conti-
nua de 4 polos 12 ranuras y 12 delgas en el colector.
Si para las mismas características de máquina, se desea ejecutar un devanado
de tipo regresivo o cruzado, todos los datos de cálculo serán idénticos salvo
aquellos que se encuentren afectados por el paso de colector, que es –1.
Así los datos que cambian son:
• Paso del colector. YCOL
= –1 (regresivo)
• Paso de conexión. Y2
= Y1
– YCOL
= 3 + 1 = 4
Como Y2
es 4, las conexiones son de tipo cruzado:
3 4 5 6 7
1 2 3 4 5
Y2
Paso de conexión
a Figura 4.75. Paso de conexión regresivo.
De esta forma, el esquema del devanado el siguiente:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
N
N
S
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
12
11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
a Figura 4.76. Devanado de tipo regresivo o cruzado.
En él se observa que al situar las escobillas en las mismas delgas que en el deva-
nado anterior, al hacer el seguimiento del sentido de la corriente, el progreso se
hace hacia la izquierda en lugar de hacia la derecha como ocurría en el ejemplo
anterior.
En este caso el paso de conexión (Y2
) tiene un valor superior, en una unidad,
al paso de sección (Y1
), por tanto, el retorno de la conexión se hace sobre una
delga contigua anterior a la que se comenzó.
04 Maquinas electricas.indd 144 17/07/12 08:10

146. Máquinas rotativas de corriente continua 145
4.6. Diseño de devanados imbricados con más
de una sección
El proceso de cálculo es el mismo que el visto anteriormente. La diferencia radica
en que en este tipo de bobinado hay más de una sección por capa y, por tanto, es
necesario tenerlo en cuenta en el momento del diseño.
El número de secciones inducidas por bobina viene dado por la expresión:
u =
D
K
Se deduce fácilmente que estos devanados se dan siempre que el número de
ranuras sea inferior al número de delgas. Además, para que todas las bobinas dis-
pongan del mismo número de secciones inducidas, la relación entre D y K debe
ser del doble, triple, etc.
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado simple progresivo.
Datos previos
• Número de polos: 2 (1 par de polos) p = 1
• Número de ranuras K = 6
• Número de delgas D = 12
• Paso de colector YCOL
= +1 (progresivo)
Datos principales
• Condición de ejecución.
K
p
=
6
1
= 6
Es un número entero, por tanto el devanado se puede ejecutar.
• Paso de ranura o de bobina. YK
=
K
2p
=
6
2
= 3
• Secciones inducidas por bobina. u =
D
K
=
12
6
= 2
Otros datos
• Paso polar. YP
= YK
= 3
• Número total de secciones inducidas. S = D = 12
• Número de bobinas del devanado. B = K = 12
• Ancho de sección. Y1
= YK
· u = 3 · 2 = 6 secciones
• Paso de conexión. Y2
= Y1
– YCOL
= 6 – 1 = 5 secciones
• Número total de secciones inducidas del devanado: 24.
Si el número de secciones induci-
das es 1, los resultados para Y1
e Y2
coinciden con las unidades de medi-
da dadas en número de ranuras.
importante
(continúa)
04 Maquinas electricas.indd 145 17/07/12 08:10

147. 146 Unidad 4
Diseño del esquema del devanado
1. Se representan los lados activos de las secciones inducidas en las ranuras,
que en este caso son 2 por bobina.
1 2 3 4 5 6
a Figura 4.77. Haces activos de las secciones inducidas en ranuras.
2. Teniendo en cuenta que el ancho de sección Y1
es 6, dibujamos las cabezas
que unen los haces activos salientes de la ranura 1 con los haces activos
entrantes de la ranura 4. El número de secciones se cuenta a partir de la
ranura contigua a la bobina que se esté tomando como referencia.
1 2 3 4 5 6
Secciones inducidas a contar
(en este caso Y1 = 6)
a Figura 4.78. Ancho de sección.
3. Se unen las cabezas de todas las secciones inducidas.
1 2 3 4 5 6
a Figura 4.79. Unión de las cabezas de secciones inducidas.
4. Como el paso de conexión Y2
es de 5 secciones, por la parte de abajo del
esquema se unen entre sí la secciones inducidas de la misma bobina con
las de la siguiente según se muestra en la figura.
1 2 3 4 5 6
Secciones a contar para 1ª conexión.
Secciones a contar para 2ª conexión.
a Figura 4.80. Paso de conexión entre secciones inducidas.
(continuación)
04 Maquinas electricas.indd 146 17/07/12 08:10

148. Máquinas rotativas de corriente continua 147
4.7. Diseño de devanados ondulados simples
Los devanados ondulados se caracterizan porque las conexiones entre bobinas o
secciones inducidas se realizan de tal forma que, en función del paso de conexión,
se avanza buscando el principio de una bobina que esté afectada en sus haces
activos por polos del mismo signo que los polos, de sus respectivos haces, de la
bobina inicial.
De esta forma, si una vez realizado el esquema, se siguen las conexiones entre
bobinas completando una vuelta a la armadura, se llegará a la delga contigua a
la que se partió.
N S N S
Delga de cierre de la primera vuelta
Delga de partida
a Figura 4.82. Vuelta completa de un devanado ondulado.
Hay que tener en cuenta que no todos los inducidos, en número de ranuras y
delgas, se pueden ejecutar como devanados ondulados, siendo en ese sentido más
exigentes en el cumplimiento de las condiciones de ejecución que los de tipo
imbricado
5. Se representan las delgas del colector y las cuatro escobillas separadas
entre sí de forma equidistante de forma similar a lo realizado para en los
ejemplos anteriores.
6. De igual forma, se supone un sentido de la corriente en las escobillas y se
marcan los polos del devanado.
N S
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12
2 3 4 5 6
a Figura 4.81. Devanado imbricado simple con dos secciones inducidas por bobina.
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149. 148 Unidad 4
Datos previos al cálculo
De igual forma que en los de tipo imbricado, se deben conocer algunos datos de
partida para realizar el cálculo: pares de polos de la máquina p, número de ranuras
K y número de delgas del colector D. En este caso, el paso de colector YP
hay que
calcularlo como se indica a continuación, ya que es condición indispensable de
ejecución.
Secuencia de cálculo
A partir de los datos conocidos comienzan los cálculos necesarios para un correc-
to dimensionado del devanado:
• Paso 1. Se comprueba si el devanado se puede ejecutar.
YCOL
=
D ± 1
p
= Número entero
El dato ±1 corresponde a la decisión previa que se debe tomar sobre si el deva-
nado es de tipo progresivo o regresivo.
Así, para que un devanado ondulado pueda ejecutarse se debe cumplir lo si-
guiente:
– que YCOL
sea un número entero,
– qué el número de delgas D del colector sea primo respecto al número de
pares de polos p.
• Paso 2. Realizamos los siguientes cálculos:
– Se calcula el ancho de bobina o paso de ranura:
YK
=
K
2p
Pudiéndose acortar o alargar si se considera conveniente.
– Se calcula el número de secciones inducidas por bobina u:
u =
D
K
– Se calcula el paso de conexión Y2
:
Y2
= YCOL
– YK
En este caso se calcula tomado como unidad el número de secciones induci-
das, pero si se deseara calcularlo en función del número de ranuras, el valor
de YK
sería modificado, es decir, el acortado o el alargado.
• Paso 3. Otros datos que conviene saber son:
Paso polar YP
=
K
2p
Número total de secciones inducidas S = D
Número de bobinas del devanado B = K
Ancho de sección (Y1
) Y1
= YK
· u
El paso de ranura o ancho de bobi-
na YK
deber ser próximo al paso
polar YP
, por ese motivo se puede
alarga r o acortar.
recuerda
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150. Máquinas rotativas de corriente continua 149
• Paso 4. Como se ha dicho anteriormente, con independencia del número de
polos, un devanado ondulado solamente está formado por dos circuitos. Por
tanto, solo es necesario colocar un par de escobillas en el colector. No obstan-
te, para mejorar la conmutación y repartir el consumo de corriente entre ellas,
es aconsejable poner tantos pares de escobillas como polos tenga la máquina.
Así, el paso para colocar las escobillas se calcula con la expresión:
Ye
=
D
2p
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado ondulado simple progresivo.
Datos previos
• Número de polos: 4 (2 pares de polos) p = 2
• Número de ranuras K = 13
• Número de delgas D = 13
Datos principales
• Condición de ejecución. YCOL
=
D ± 1
p
=
13 + 1
2
= 7
Es un número entero. Además, el número de delgas D = 13 es primo respecto
al número de pares de polos p = 2.
• Paso de ranura o de bobina.
YK
=
K
2p
=
13
4
= 3,25 ∼
_ 3 (Acortado)
• Secciones inducidas por bobina. u =
D
K
=
13
13
= 1
Otros datos
• Paso polar.
Yp
=
K
2p
=
13
4
= 3,25
• Número total de secciones inducidas. S = D = 13
• Número de bobinas del devanado. B = K = 13
• Ancho de sección. Y1
= YK
· u = 3 · 1 = 3 secciones
• Paso de conexión. Y2
= YCOL
– YK
= 7 – 3 = 4 secciones
• Paso de escobillas.
Ye
=
K
2p
=
13
4
= 3,25
(continúa)
El hecho de que la máquina del
caso práctico inicial disponga de 4
polos y solamente 2 líneas de esco-
billas, indica que el devanado del
inducido es de tipo ondulado.
caso práctico inicial
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151. 150 Unidad 4
Diseño del esquema del devanado
1. Se dibujan los haces activos que se alojan en cada una de las ranuras. En
este caso es aconsejable no numerar aún las ranuras.
a Figura 4.79. Representación de los haces activos en ranuras.
2. Como ranura de inicio se puede tomar cualquiera de las representadas. En
este caso, para facilitar el diseño se ha tomado la tercera de la izquierda.
A partir de ella se representa la primera bobina teniendo en cuenta que el
paso YK
se ha acortado a 3. Para ello se cuentan tres ranuras a partir de la
contigua a la considerada como inicial.
3. Para dibujar la siguiente bobina (o sección inducida) se cuentan 4 ranuras
(Y2
) a partir de la ranura contigua a la que aloja el lado activo entrante de
la primera bobina.
4. Se numeran las ranuras a partir de la que elegimos como primera para
nuestro diseño, que se considera como la número 1.
1 2
13
3
1
12
2
1 3 4
4 5 6 7 8
8 9
9 10
0
1 11
1
Yk Y2
Ranuras a contar para Yk
Ranuras a contar para Y2
a Figura 4.83. Pasos del devanado.
5. Se dibujan las delgas del colector considerando que la número 1 es la
correspondiente a la conexión con el terminal del haz activo de la primera
bobina o sección inducida.
6. Se comprueba que el paso de colector YCOL
= 7 es correcto, teniendo en
cuenta que hay que contar a partir de la delga contigua a la que se conectó
el terminal de la primera bobina.
1 2
13
3
1
12
2
1 3 4
4 5 6 7 8
8 9
9 10
0
1 11
1
Ycol
8
2
1 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13
a Figura 4.84. Paso de colector.
(continuación)
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152. Máquinas rotativas de corriente continua 151
4.8. Conexiones equipotenciales
Son conexiones que se realizan en los devanados que tienen varias ramas en pa-
ralelo. Se utilizan para evitar una descompensación de las fuerzas electromotrices
y las corrientes que circulan en cada una de ellas. Esto se debe a los efectos pro-
ducidos por: la asimetría del entrehierro en diferentes puntos de la máquina o por
divergencias en diferentes puntos del circuito magnético (producidas por defectos
físicos de los polos o desigualdad en el campo de excitación).
Las conexiones equipotenciales pueden realizarse de diferentes maneras, pero las
más utilizadas son las denominadas de 1ª clase, que se realizan en la parte inferior
de las cabezas de las bobinas donde se encuentran los terminales de conexión de
cada una de ellas.
1
12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
a
b
c c
b
d
e e
d
a
N N
S
a Figura 4.86. Conexiones equipotenciales en un devanado imbricado simple de 4 polos.
Generalmente, las conexiones equipotenciales se realizan por el lado del colector
uniendo delgas entre sí mediante soldaduras; sin embargo, en ocasiones este tipo
de conexiones se hace en el lado en el que se encuentran las cabezas superiores
del devanado.
7. Se dibuja el resto del bobinado siguiendo la misma pauta.
8. Se representan las escobillas. En este caso se ha decidido instalar cuatro,
a pesar de que un devanado ondulado solamente necesita dos. Como el
número de delgas es impar, el paso obtenido para ello es Ye
= 3,25.
1 8
S N S N
2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13
1 2
13
12 3 4 5 6 7 8 9 10 11
a
b
c
a
c
b
e
d
g
f
d
e
f
g
a Figura 4.85. Devanado completo con escobillas.
Sabiendo que el número de ramas
en paralelo es igual al número de
polos de la máquina, podemos
diseñar las conexiones equipoten-
ciales de 1ª categoría utilizando las
siguientes expresiones de cálculo:
Número de conexiones equipoten-
ciales:
Neq
=
K
p
Paso o ancho de la conexión equi-
potencial:
Yeq
=
K
p
saber más
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153. 152 Unidad 4
ACTIVIDADES FINALES
1. Identifica cada una de las partes de esta máquina rotativa de corriente continua.
1
2
3
4
5
6
7
8
9 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
a Figura 4.87.
2. Di cuáles de estos devanados se pueden ejecutar y cuáles no.
• Imbricado simple: 32 ranuras, 16 delgas y 2 pares de polos.
• Imbricado simple: 13 ranuras, 23 delgas y 3 pares de polos.
• Imbricado ondulado simple: 23 ranuras, 23 delgas y 1 par de polos.
• Imbricado ondulado simple: 11 ranuras, 22 delgas y 2 pares de polos.
3. Dibuja cómo se deben conectar las bobinas inductoras en una máquina de corriente continua de 8 polos.
4. Haz lo mismo para una máquina de 6 polos. ¿Puede ser el número de polos impar?
5. Utilizando una máquina rotativa de corriente continua que haya en el aula taller, realiza los cálculos para
un número de pares de polos que permita que el devanado se pueda ejecutar. Luego realiza todas las ac-
tividades profesionales propuestas de esta unidad.
6. Dibuja el esquema del inducido de una máquina de corriente continua de 4 polos sabiendo que el número
de ranuras y el de delgas es el mismo: 16. Representa las escobillas y la polaridad en cada haz activo de las
bobinas.
a Figura 4.88.
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154. Máquinas rotativas de corriente continua 153
7. Dibuja el esquema de un devanado imbricado simple para una máquina de 4 polos, 16 ranuras y 32 del-
gas. Representa las escobillas y la polaridad en los haces activos de las bobinas.
a Figura 4.89.
8. Dibuja el esquema de un devanado ondulado simple para una máquina de 4 polos, 17 ranuras y 17 del-
gas. Representa las escobillas sabiendo que se van a instalar tantas como polos.
a Figura 4.90.
9. Dibuja en tu cuaderno el esquema de un devanado imbricado simple para una máquina de 13 ranuras, 39
delgas y 2 polos.
10. Haz lo mismo para devanado imbricado simple destinado a una máquina de 17 ranuras, 51 delgas y 1 par
de polos.
entra en internet
11. Localiza imágenes de cómo se construyen las bobinas de los inducidos destinados a máquinas de gran
potencia.
12. ¿En qué consiste el torneado del colector?
13. Localiza un vídeo de cómo se bobina un inducido de forma manual y otro con una máquina automática.
14. ¿Qué es un motor sin escobillas?, ¿tiene algo que ver con lo estudiado en esta unidad?
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155. 154 Unidad 4
HERRAMIENTAS
• Martillo con cabeza de nailon
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Juego de llaves fijas y/o de tubo
• Recipiente o gaveta de plástico
• Extractor de cojinetes
• Guantes, alicates y extractor
de chavetas
MATERIAL
• Una máquina de corriente continua
• Rotulador permanente y cinta aislante
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
desmontaje de una máquina
rotativa de corriente continua
OBJETIVO
Conocer las técnicas y herramientas utilizadas para desmontar una máquina
rotativa.
PRECAUCIONES
• Utiliza guantes en la operación de desmontaje y montaje de la máquina.
• Cubre de cinta aislante los huecos de las chavetas para evitar cortes con el filo
de sus bordes.
DESARROLLO
1. Preparar la mesa de trabajo con el equipo de herramientas necesario para el desmontaje de la máquina. Es
aconsejable disponer de una bandeja o gaveta para dejar en ella todos los elementos que se retirarán en esta
operación.
a Figura 4.91. Algunas de las herramientas necesarias para desmontar la máquina.
2. Utilizando un rotulador permanente, realizar marcas en los dos escudos de la máquina de tal forma que identifi-
ques claramente en qué lado de la culata están ubicados cada uno de ellos.
a Figura 4.92. Marcaje de culatas.
3. Por la ventana del escudo que contiene las escobillas, las retiramos para evitar que se dañen en el proceso de
desmontaje.
4. Utilizando un extractor de chavetas retiramos las de ambos extremos del eje. Si no dispones del extractor, pue-
des usar un alicate universal o de pico de pato. También, a modo de truco, puedes emplear pequeño tornillo de
banco portátil fijando y tirando de la chaveta.
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156. Máquinas rotativas de corriente continua 155
5. Cubre el hueco de la chaveta con un par de vueltas de cinta aislante, ya que el filo de sus bordes puede provocar
algún corte durante la manipulación del rotor.
a Figura 4.93. Retirada de escobillas, extracción de chavetas y taponado del hueco de la chaveta.
6. Si la máquina dispone de acoplamientos, ventiladores o cualquier otro elemento en su eje, es necesario retirarlo
utilizando un extractor de dimensiones adecuadas.
a Figura 4.94. Extracción de los acoples del eje de una máquina rotativa.
7. Utilizando las herramientas apropiadas, afloja los tornillos o pasadores que sujetan los escudos a la culata de la
máquina y, de forma cuidadosa, retira los escudos de ambos lados. Presta especial atención al desmontaje del
escudo en el que se encuentran los portaescobillas, ya que una manipulación precipitada e inadecuada puede
deteriorarlos de forma irremediable.
a Figura 4.95. Retirada de los escudos.
8. Si es necesario para realizar de forma cómoda las operaciones de rebobinado, retira con un extractor los cojine-
tes y el ventilador del eje.
a Figura 4.96. Máquina desmontada.
9. Con estas operaciones se concluye el desmontaje de la máquina, quedando lista para tareas de mantenimiento
o rebobinado.
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157. 156 Unidad 4
HERRAMIENTAS
• Herramientas de electricista
• Bobinadora manual y todos
sus accesorios
• Devanador
• Llaves Allen, fijas y/o de tubo
• Recipiente o gaveta de plástico
• Guantes, calibre y micrómetro
• Serrucho de carpintero
• Brújula y polímetro
• Una máquina de corriente continua
• Soldador rápido
• Peladora de hilo esmaltado
MATERIAL
• Rotulador permanente
• Cinta de algodón de 1 cm de ancho
• Hilo esmaltado de bobinar
• Alambre plano de atar verde
• Madera de aglomerado para
el molde de las piezas polares
• Madera de aglomerado de 6 mm
de ancho
• Estaño
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Bobinado del devanado
de excitación de una máquina
de corriente continua
OBJETIVO
Conocer la técnica para el rebobinado del devanado inductor de una máquina
rotativa de corriente continua.
PRECAUCIONES
• Utiliza guantes en la operación de desmontaje y montaje de la máquina.
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
Nota inicial
La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista del
rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso desea
realizar el cálculo del circuito eléctrico de excitación para una máquina nueva. En
este caso, se supone que conocemos el diámetro de conductor y el número de
espiras para la construcción de dichas bobinas.
DESARROLLO
1. Toma medida del interior de la bobina. Si la máquina es de polos extraíbles, las
medidas se toman con un calibre. Si la máquina es ranurada, se toma la medida
con un hilo de cobre rígido moldeando la forma en la propia máquina.
Hay que tener en cuenta que una vez finalizadas las bobinas, deben aislarse con cinta de algodón, por lo que
debe aumentarse 2 ó 3 mm cada una de las medidas, ya que si no se tienen en cuenta, puede ocurrir que la bo-
bina no quepa en el interior de la pieza polar.
Bobinado del devanado
de excitación de una máquina
de corriente continua
OBJETIVO
Conocer la técnica para el rebobinado del devanado inductor de una máquina
rotativa de corriente continua.
PRECAUCIONES
• Utiliza guantes en la operación de desmontaje y montaje de la máquina.
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
Nota inicial
La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista del
rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso desea
realizar el cálculo del circuito eléctrico de excitación para una máquina nueva. En
este caso, se supone que conocemos el diámetro de conductor y el número de
espiras para la construcción de dichas bobinas.
DESARROLLO
1. Toma medida del interior de la bobina. Si la máquina es de polos extraíbles, las
medidas se toman con un calibre. Si la máquina es ranurada, se toma la medida
con un hilo de cobre rígido moldeando la forma en la propia máquina.
A
C
a Figura 4.97. Medida en máquina de polos salientes. a Figura 4.98. Medida en máquina de polos salientes.
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158. Máquinas rotativas de corriente continua 157
2. Una vez tomada la medida de la bobina, procedemos como se indicó en las prácticas profesionales de la Unidad
2 para su construcción. En este caso, las bobinas inductoras se fabricarán con una bobinadora manual, bien
utilizando moldes prefabricados, bien construyendo un molde con madera tipo sándwich.
00000
Mode de madera
tipo sándwich
a Figura 4.99. Molde de madera. a Figura 4.100. Colocación en bobinadora manual.
Nota. Debido a las dimensiones que tienen las bobinas inductoras y la poca docilidad que presentan una vez
que están construidas, aquí se ha optado por construir un molde de madera con las dimensiones exactas, ya que
esto facilita la instalación posterior de cada una de las bobinas en las piezas polares. Además, al ser el número de
espiras elevado, las tapas del sándwich deben ser de grandes dimensiones para cubrirlas sin dificultad.
3. Para construir la bobina se seguirán las técnicas vistas en la práctica profesional de la Unidad 2. No olvides colocar
el alambre de atar para que la bobina no se desmorone una vez que se haya extraído de la bobinadora.
4. Encinta fuertemente toda la bobina con la cinta de algodón. El atado final puedes hacerlo dividiendo la cinta por
la mitad y atando un extremo sobre el otro.
a Figura 4.101. Encintado de la bobina inductora.
5. Siguiendo los pasos vistos anteriormente, construye tantas bobinas inductoras como sea preciso para la máquina
con la que estés trabajado. Recuerda que el número de bobinas es igual al número de polos y aquí se ha conside-
rado que la máquina que se está reparando es bipolar.
6. Coloca cada bobina en el interior de su pieza polar. En el caso de que la máquina sea de polos salientes, saca el
polo de la culata e inserta la bobina en él.
a Figura 4.102. Bobina en pieza polar extraíble.
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159. 158 Unidad 4
PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)
7. Con las herramientas adecuadas fija nuevamente las piezas polares en la culata. Ten la precaución de dejar los
terminales de las bobinas del lado en el que se encuentra el orificio que comunica con la caja de bornes.
a Figura 4.103. Montaje de piezas polares en culata.
8. Realiza la conexión entre bobinas de forma que cada pieza polar tenga un signo diferente. Para ello ayúdate de
la regla de la mano derecha tal y como se ha explicado en la unidad. En la figura de la izquierda se muestra cómo
deben conectarse las dos bobinas para conseguir polos de diferente signo. En la figura de la derecha se muestra
cómo están instaladas en la culata de la máquina y la conexión entre ellas.
N
S
I
I
N
S
I
I
J K
a Figura 4.104. Conexión entre bobinas. a Figura 4.105. Instalación y conexión entre ellas.
9. Utiliza la técnica de soldadura blanda para unir los terminales de las bobinas. Cubre la unión con tubo flexible de
fibra de vidrio.
a Figura 4.106. Secuencia de montaje: en primer lugar se pelan los terminales que vamos a unir, más tarde se inserta el tubo
flexible en uno de los terminales y, finalmente, se retuerce un hilo sobre el otro.
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160. Máquinas rotativas de corriente continua 159
El proceso de soldadura se muestra en las siguientes figuras:
a Figura 4.107. Secuencia final de montaje: en primer lugar se suelda la unión con estaño y, finalmente, se cubre el empalme con
el tubo flexible.
10.Comprueba con un polímetro si existe continuidad entre los terminales J-K.
Polímetro
400 mA
MAX
500 V MAX
1000 V
750 V
TTL
K
a Figura 4.108. Comprobación de continuidad en el devanado de excitación.
11.Si es correcta la comprobación, alimenta con una tensión de no más de 50 V de corriente continua dichos ter-
minales y acerca una brújula a las piezas polares. Si la conexión entre bobinas es correcta, en cada una de ellas
debe aparecer una polaridad diferente. ¿Qué ocurre si se invierte la polaridad de la alimentación?
J
K
Brújula Brújula
50 Vcc
a Figura 4.109. Brújulas indicando la polaridad.
12.Conecta los terminales del devanado inductor a los bornes J-K de la caja de bornes de la máquina.
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161. 160 Unidad 4
HERRAMIENTAS
• Herramientas de electricista
• Bobinadora manual y todos
sus accesorios
• Devanador, micrómetro y polímetro
• Inducido de una máquina
de corriente continua
• Soldador
• Peladora de hilo esmaltado
• Pistola de aire comprimido
• Serreta de colectores
• Cepillos, rascadores, limas redondas
de picado, etc.
• Guillotina de cartón
MATERIAL
• Rotulador permanente
• Cartón aislante
• Cuñas rígidas para cierre de ranuras
• Hilo esmaltado de bobinar
• Alambre plano de atar
• Estaño
• Cinta de carrocero de 2 cm da ancho
• Cuerda para zunchado
Bobinado del inducido
de una máquina de corriente
continua
OBJETIVO
Conocer la técnica para el rebobinado del devanado del inducido de una máqui-
na rotativa de corriente continua.
PRECAUCIONES
• En las operaciones de limpieza de ranuras debes evitar dañar la chapa mag-
nética del interior.
• Realiza con precaución las operaciones de soldadura para evitar la conexión
entre delgas contiguas.
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
• Etiqueta adecuadamente los terminales de las bobinas para evitar errores en
la conexión.
Nota inicial
La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista del
rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso desea
realizar el cálculo del circuito eléctrico del inducido para una máquina nueva. En
este caso, se supone que conocemos el diámetro de conductor y el número de
espiras para la construcción de dichas bobinas.
PRÁCTICA PROFESIONAL 3
DESARROLLO
Preparación del rotor
1. Retira el hilo y los aislantes de la máquina a rebobinar.
2. Instalaelrotorenunsoportedeinducidos.Estofacilitarálasoperacionesdelimpieza,preparaciónyrebobinado,espe-
cialmentesiesdegrandesdimensiones.Acontinuación,limpialasranurasdelaarmadurautilizandorascadores,limas
redondas de picado muy fino y cepillos metálicos.
Rascador
Cepillo
a Figura 4.110. Rotor sobre soporte de inducido. a Figura 4.111. Limpieza de ranuras del inducido.
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162. Máquinas rotativas de corriente continua 161
3. Con una serreta de colector retira la mica y cualquier tipo de impureza que pueda haber entre las delgas. Más tarde,
limpia todo el rotor utilizando una pistola de aire a presión.
a Figura 4.112. Limpieza del colector. a Figura 4.113. Soplado del rotor.
4. Comprueba con un polímetro que no existe continuidad entre delgas contiguas. Después, cortocircuita todas las del-
gas del colector enrollando sobre él un par de vueltas de cable sin aislante, comprobando que no existe continuidad
entre delgas y las partes metálicas del rotor.
a Figura 4.114. Comprobación entre delgas. a Figura 4.115. Comprobación entre delgas y rotor.
5. Comprueba que los aislantes rígidos que se encuentran en los laterales del tambor se hayan en buen estado. Si no es
así, deberán ser sustituidos por unos nuevos. A continuación, aísla con cinta textil adhesiva, cartón aislante o, en su
defecto, cinta de carrocero las partes de los ejes sobre las que se ubicarán las cabezas de las bobinas. Este aislamiento
evitará cualquier contacto físico de las espiras de las bobinas con la parte metálica del rotor.
Aislamiento
a Figura 4.116. Comprobación de aislantes del tambor. a Figura 4.117. Aislamiento del eje.
6. Corta una tira de cartón aislante de aproximadamente el perímetro interno de una ranura. Haz varias pruebas hasta
conseguir el tamaño adecuado. Toma las medidas del modelo y corta tantas tiras de cartón aislante como ranuras
tenga la armadura. Finalmente, dobla cada una de las tiras de forma que se adapten al interior de las ranuras.
Aislamiento
de ranura
a Figura 4.118. Aislamiento de
la ranura.
a Figura 4.119. Preparación del cartón
para vestir las ranuras.
a Figura 4.120. Detalle de ranuras aisladas.
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163. 162 Unidad 4
Bobinado del rotor
7. Diseñar el esquema del devanado del inducido en el que se está trabajando.
Nota. Para facilitar la explicación del proceso se ha tomado como ejemplo uno de los devanados diseñados en
la unidad. Exactamente se trata de un devanado imbricado simple para un rotor de 12 ranuras y 12 delgas ins-
talado en una máquina de 4 polos. A lo largo de la explicación se muestran fotografías de algunos devanados
de inducidos que no corresponden exactamente con el del esquema, pero que sirven como ejemplo de cómo
realizar las operaciones de montaje.
1
12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
a
b
c c
b
d
e e
d
a
N N
S
a Figura 4.121. Esquema del devanado.
8. Antes de comenzar a construir las bobinas se hace necesario establecer un sistema de etiquetado de terminales
para su correcta conexión al colector. Aquí se muestra una forma de realizarlo, pero cualquier otra similar puede
ser igual de eficiente. Por ejemplo, cada bobina se puede etiquetar con un número 1, 2, 3, etc., seguido de dicho
número va una letra mayúscula para indicar que es el terminal entrante de la bobina (va a en la capa superior) o
una minúscula para indicar que es el saliente (va a la capa inferior). Si el devanado dispone de varias secciones in-
ducidas, se ponen letras consecutivas para cada una tanto para los terminales entrantes como para los salientes.
Ejemplo de etiquetado en una bobina
con una sección inducida
Ejemplo de etiquetado en bobinas
con más de una sección inducida
• Los terminales 1A y 1a corresponden respectiva-
mente a la bobina numerada con el 1 (ranuras 1-4).
• Los terminales 2A y 2a a la bobina número 2 (ra-
nuras 2-5)
• Los terminales 1A y 1a pertenecen a la primera sec-
ción inducida de la bobina número 1.
• Los terminales 1B y 1b pertenecen a la segunda
sección inducida de la bobina número 1.
• El mismo criterio se sigue para etiquetar los termi-
nales de las secciones inducidas de la bobina nú-
mero 2.
PRÁCTICA PROFESIONAL 3 (cont.)
1 2 3 4 5
1 2
1A 1a
2A 2a
1 2
1B 1a 1b
1A
2B 2a 2b
2A
1B
1 2 3 4 5
a Figura 4.122. Etiquetado de una
sección inducida.
a Figura 4.123. Etiquetado de va-
rias secciones inducidas.
04 Maquinas electricas.indd 162 17/07/12 08:11

164. Máquinas rotativas de corriente continua 163
9. Una vez establecido el sistema de etiquetado en el caso de nuestro ejemplo, tendríamos 12 bobinas con dos termina-
les cada una de ellas. Dicho referenciado se puede dibujar directamente sobre el esquema del devanado o represen-
tando una tabla similar a la siguiente.
Número de bobina Terminales Ranuras
1 1A - 1a 1 - 4
2 2A - 2a 2 - 5
3 3A - 3a 3 - 6
4 4A - 4a 4 - 7
5 5A - 5a 5 - 8
6 6A -6a 6 - 9
7 7A - 7a 7 - 10
8 8A - 8a 8 - 11
9 9A - 9a 9 - 12
10 10A - 10a 10 - 1
11 11A - 11a 11 - 2
12 12A - 12a 12 - 3
10.Con un hilo rígido toma medida de la bobina en el rotor. Para ello insértalo en las ranuras correspondientes (paso de
bobina)teniendoencuentaquelascabezastienenquetenerunaciertaholguraparapoderalojarlasadecuadamente,
pero que tampoco pueden ser excesivamente largas, ya que podría no ser posible el montaje sobre el rotor.
Ancho de bobina Hilo rígido para
medida del molde
a Figura 4.124. Medida de la bobina.
11.Saca el hilo con la medida y colócalo en los moldes en la bobinadora, luego mueve los moldes hasta que su apertura
se adapte a la medida tomada.
12.Construyedocebobinas siguiendo el procesoestudiado enla prácticaprofesional dela Unidad2 yetiquetasus termi-
nales con cinta aislante o cinta de carrocero siguiendo el sistema propuesto.
Hilo con
medida
1A
1a
3A
3
a
2a
2A
a Figura 4.125. Detalle de adaptación de los
moldes a la medida de la bobina.
a Figura 4.126. Bobinas finalizadas y etiquetadas.
04 Maquinas electricas.indd 163 17/07/12 08:11

165. 164 Unidad 4
13. Etiqueta las ranuras con un rotulador indeleble. Una vez etiquetadas, inserta la primera bobina en la armadura
entre las ranuras 1 y 4 de forma que los terminales queden del lado del colector. Marca cuál es la delga consi-
derada como número 1. Ten en cuenta que la unión entre la delga 1 y 2 se encuentra aproximadamente en la
mitad de la cabeza de la bobina.
J.C.M.Castillo
Etiquetado de ranuras
Etiquetado de terminales
Identificación
de delgas
Cuñas de cierre 1A
1
a
1
2
3
4
5
1
2
3
a Figura 4.127. Etiquetado de delgas.
14. Cierra con cuñas rígidas cada una de las ranuras. Esto evitará que el devanado salga al exterior.
Cuña de
cierre
a Figura 4.128. Detalle de cierre de ranuras mediante cuñas.
15. Completa el devanado de la armadura. Ten en cuenta que el devanado debe quedar peinado. Esto quiere decir
que las cabezas de bobina se deben entrelazar entre sí. Para ello es necesario sacar de la ranuras las primeras
bobinas (en nuestro caso tres de ellas) para así cerrarlo correctamente.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 1
2
3
4
5
6
7
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9
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11
12
1
2
3
4
5
6
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8
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12 1
2
3
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5
6
7
8
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11
12 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1 2 3
4 5 6
a Figura 4.129. Proceso de cerrado de un devanado. a Figura 4.130. Detalles del pei-
nado de dos inducidos.
16. Cierra con cuñas de forma definitiva todo el devanado.
17. Comienza el proceso de soldadura de los terminales al colector.
PRÁCTICA PROFESIONAL 3 (cont.)
04 Maquinas electricas.indd 164 17/07/12 08:11

166. Máquinas rotativas de corriente continua 165
18. Para facilitar esta operación crea una tabla de conexiones como la aquí propuesta.
Número de bobina Terminales Ranuras
1 1A - 12a 1 – 3
2 2A - 1a 2 – 4
3 3A – 2a 3 – 5
4 4A – 3a 4 – 6
5 5A – 4a 5 – 7
6 6A -5a 6 – 8
7 7A – 6a 7 – 9
8 8A – 7a 8 – 10
9 9A – 8a 9 – 11
10 10A – 9a 10 – 12
11 11A – 10a 11 – 1
12 12A - 11a 12 - 2
19. Corta los terminales con la longitud adecuada para conectarlos a las delgas correspondientes, por otro lado,
pela unos 50 mm las puntas de los terminales de hilo esmaltado. Una vez hecho, es conveniente que vayas
soldando y cortando los terminales de dos en dos. Esto evitará equivocaciones en el conexionado al colector.
20. Inserta las puntas de los terminales en la ranura de la delga y aplica un punto de soldadura evitando que dos
delgas contiguas queden unidas eléctricamente.
Nota. Debes saber que los inducidos fabricados mediante procesos automatizados, en lugar de unir los termi-
nales a las delgas mediante soldadura, lo hacen por la técnica de remachado.
Ranuras
para
soldadura
a Figura 4.131. Detalle de ranuras de delgas para aplicar puntos de soldadura, ejemplo de soldadura y ejemplo de remachado.
21. Por último es necesario zunchar el inducido. Para ello se utiliza cinta de algodón fina o cuerda para atar todos
los terminales poco antes del colector. Es importante realizar esta operación, ya que en caso contrario los termi-
nales se pueden soltar con la máquina en funcionamiento.
a Figura 4.132. Zunchado.
04 Maquinas electricas.indd 165 17/07/12 08:11

167. 166 Unidad 4
HERRAMIENTAS
• Polímetro
• Medidor de aislamiento
• Comprobador de inducidos
de sobremesa
• Comprobador de inducidos portátil
MATERIAL
• Cables de prueba del polímetro
o del comprobador de inducidos
• Hoja de sierra
comprobación de inducidos
OBJETIVO
Conocer las técnicas de comprobación de inducidos en máquinas de corriente
continua.
PRECAUCIONES
• Consulta el manual de instrucciones para el uso adecuado de cualquiera de
los instrumentos aquí utilizados.
PRÁCTICA PROFESIONAL 4
DESARROLLO
Las técnicas de comprobación aquí mostradas se pueden utilizar tanto en inducidos rebobinados (como el realizado
en la práctica profesional anterior) como en aquellos pertenecientes a otras máquinas cuyo funcionamiento que-
remos comprobar.
Comprobación del aislamiento entre circuito eléctrico y magnético
1. Utilizandounmedidordeaislamientoouncomprobadordecontinuidad,colocaunadelaspuntasdepruebaencual-
quiera de las delgas del colector (puedes cortocircuitarlas enrollando un cable sobre ellas) y la otra en cualquier parte
metálica del rotor.
Nota. Algunos comprobadores de inducidos de sobremesa disponen de comprobador de continuidad.
2. Si no obtenemos continuidad o la resistencia es muy alta, significa que el devanado no presenta falta de aislamiento.
400 mA
MAX
500 V MAX
1000 V
750 V
TTL
a Figura 4.133. Comprobación de aislamiento.
Uso del comprobador de inducidos de sobremesa
3. Sitúa el inducido en el núcleo en V del comprobador y alimenta el comprobador. Es normal que el propio instrumento
emita un ligero zumbido magnético.
4. Coloca una lámina metálica (como puede ser una hoja de sierra) sobre la ranura a comprobar. Si la lámina no vibra,
significa que esa bobina es correcta.
04 Maquinas electricas.indd 166 17/07/12 08:11

168. Máquinas rotativas de corriente continua 167
5. Gira lentamente el rotor y comprueba una a una todas las ranuras con la lámina metálica. Si en alguna de ellas
aumenta de forma considerable el zumbido y la vibración, quiere decir que has localizado una bobina que está
en cortocircuito. En este caso debes seguir sus terminales hasta el colector y comprobar si alguna de las delgas
están en cortocircuito.
J.C.M.Castillo
Lámina metálica
Núcleo en V del
comprobador
a Figura 4.134. Comprobación de cortocircuito.
6. Muchos de estos instrumentos disponen de un sistema de comprobación de corriente que permite determinar
si la intensidad que circula por las bobinas es la misma en todas ellas. Para ello hay que conectar los cables de
prueba en el instrumento, y con las puntas de prueba ir tocando en las delgas de cada bobina. Si alguna de ellas
no marca igual o lo hace débilmente, indica que el cable se ha roto o que está mal soldado a la delga.
J.C.M.Castillo
Comprobador
de corriente
a Figura 4.135. Comprobación de conductor interrumpido.
Uso del comprobador portátil
Nota. El uso del comprobador de mano solamente es necesario si no se ha utilizado o no se dispone del compro-
bador de inducidos de sobremesa.
a Figura 4.136. Uso del comprobador de mano.
7. Enciende el instrumento y sitúa su cabeza lectora sobre alguna de las ranuras del inducido. Si el indicador lumi-
noso pasa de verde a rojo, y además emite un zumbido, significa que alguna de las bobinas está en cortocircuito
en el devanado o en el colector de delgas.
04 Maquinas electricas.indd 167 17/07/12 08:11

169. 168 Unidad 4
MUNDO TÉCNICO
equilibrado de máquinas rotativas
De igual forma que otro tipo de máquinas o dispositi-
vos giratorios, los rotores de las máquinas eléctricas re-
quieren un equilibrado para evitar vibraciones y ruidos.
Es más, si el desequilibrio es muy pronunciado, el rotor
podría rozar contra el estator deteriorando los circuitos
magnético y eléctrico. Por este motivo, todas las má-
quinas que salen de fábrica pasan por un proceso de
equilibrado. Por ejemplo, si se hace un rebobinado en
el taller de reparación, la disposición de los devanados
puede cambiar respecto al original, por tanto, será ne-
cesario su equilibrado.
Existen máquinas automáticas específicas para realizar
el equilibrado de rotores eléctricos. Estas disponen de
un conjunto de sensores de medición, una unidad de
control informatizada para el procesamiento de da-
tos y una interfaz de operación para el diálogo con el
operador. No obstante, existen técnicas de equilibrado
manual en las que el rotor se sitúa en un soporte tipo
torno y, después de hacerlo girar, se marca el punto en
el que se queda siempre fijo, calculando así, si es nece-
sario algún tipo de contrapeso.
a Figura 4.137. Máquina automática de equilibrado de rotores
(Cortesía de Balance Systems).
El equilibrado del rotor de una máquina eléctrica rota-
tiva puede hacerse de dos formas: añadiendo o elimi-
nando material.
En el primer caso, se pueden fijar piezas no magnéticas
en el rotor, como ocurre con los rotores de jaula de ar-
dilla en los motores de inducción.
También puede añadirse algún tipo de masilla que se
endurezca al secarse, y que se puede fijar sobre los pro-
pios devanados del inducido de la máquina.
Para el equilibrado por eliminación de material se re-
quiere experiencia y maquinaria específica, ya que con-
siste en eliminar por fresado o desbarbado parte del
circuito magnético del rotor.
a Figura 4.140. Equilibrado por fresado.
a Figura 4.138. Rotor con pa-
sadores para equilibrado por
remachado.
a Figura 4.139. Masilla endu-
recida para equilibrado de
inducidos.
04 Maquinas electricas.indd 168 17/07/12 08:11

170. Máquinas rotativas de corriente continua 169
EN RESUMEN
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA
Principio de funcionamiento
Constitución
Conexión de los devandados
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
1. ¿Cuáles son los dos circuitos eléctricos que tiene
una máquina rotativa de corriente continua?
a. Piezas polares. c. Inducido.
b. Inductor. d. Paso polar.
2. El inducido se encuentra instalado en el estator.
c. Verdadero. b. Falso.
3. La escobillas se deben situar en la denominada:
4. Los polos de conmutación se utilizan para:
a. que la máquina gire más rápido.
b. acortar el paso de bobina.
c. eliminar la reacción del inducido.
5. El número de polos de devanado de excitación
puede ser impar.
a. Verdadero.
b. Falso.
Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas
Circuito eléctrico Circuito magnético
Devanados de corriente continua
Variación de velocidad
Arranque
Inductor o excitación Inducido
Características
Devanado
ondulado simple
Devanado
imbricado simple
04 Maquinas electricas.indd 169 17/07/12 08:11

171. Máquinas rotativas
de corriente alterna
5
vamos a conocer...
1. Principio de funcionamiento de las máquinas
rotativas de corriente alterna
2. Clasificación de máquinas de corriente alterna
3. Máquinas síncronas
4. Máquinas asíncronas
5. Devanados de máquinas de corriente alterna
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Puesta en marcha de un alternador
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Bobinado del devanado del estator
de una máquina de corriente alterna
PRÁCTICA PROFESIONAL 3
Bobinado del inductor de un alternador
MUNDO TÉCNICO
Variación de velocidad en motores
de inducción
y al finalizar esta unidad...
Conocerás cuál es el principio de
funcionamiento de las máquinas de corriente
alterna.
Identificarás los elementos que constituyen
los circuitos magnético y eléctrico de este
tipo de máquinas.
Identificarás los diferentes tipos de máquinas.
Diseñarás los diferentes devanados utilizados
en ellas.
Comprobarás el funcionamiento de una
máquina síncrona.
Construirás devanados para estatores
y rotores de máquinas de corriente alterna.
Comprobarás el correcto funcionamiento
de los diferentes tipos de devanados.
05 Maquinas electricas.indd 170 17/07/12 08:14

172. 171
situación de partida
CASO PRÁCTICO INICIAL
Al taller de reparación de MantenExpress están llegando todo
tipo de máquinas eléctricas. En las últimas semanas ha recibido 3
máquinas de una fábrica de calzado que, supuestamente, están
averiadas.
Antes de proceder a su desmontaje Fermín y Abel han foto-
grafiado su placa de características y, en especial, su caja de
bornes. Curiosamente, cada una de ellas es diferente: una dis-
pone de 6 bornes, otra de 8 y la tercera de 9. Los técnicos que
las han trasportado hasta el taller dicen que una pertenece
a un grupo electrógeno de emergencia, pero que las otras,
funcionando como motor, estaban acopladas a máquinas de
producción.
Siguiendo el protocolo de desmontaje previsto por la empresa,
Fermín y Abel han abierto cada una de las máquinas y se han
encontrado con lo siguiente:
• Todas tienen un estator con un elevado número de ranuras
(entre 24 y 48) y, aunque son máquinas diferentes, el devana-
do tiene una ejecución muy similar.
• La máquina que tiene 8 bornes tiene un rotor peculiar, está ranu-
rado,peronodeformauniforme.Hayvariosespaciosmásamplios
(concretamente 4) en el núcleo magnético, y el devanado está
conectado a dos anillos de color dorado embutidos en el rotor.
• La máquina con 9 bornes dispone de un rotor bobinado similar
al de la anterior, pero ranurado de forma simétrica en todo su
contorno. Al contrario que la anterior, tiene tres anillos en el eje.
• Y, por último, la máquina con 6 bornes dispone de tiene un
rotor sin devanado.
Fermín y Abel se han hecho algunas preguntas sobre las máqui-
nas recibidas que se deben responder antes de ponerse manos
a la obra.
1. ¿Se puede variar la velocidad de los motores de co-
rriente alterna regulando la tensión de alimentación?
2. ¿Son reversibles las máquinas de corriente alterna
como lo eran las de continua, que podían funcionar
como generador o como motor?
3. Los motores de corriente continua requieren un cam-
po inductor ijo para su funcionamiento, ¿es esto
igual en los de corriente alterna?
4. ¿A qué máquina pertenece el rotor que tiene dos
anillos?, ¿para qué sirven dichos anillos?
5. ¿Por qué la máquina reparada dispone solamente de
2 líneas de escobillas y, sin embargo, tiene 4 piezas
polares?
6. ¿Es una coincidencia que los circuitos del estator de
las tres máquinas tengan una ejecución muy similar?
7. ¿A qué máquina corresponde la caja de 8 bornes?
8. ¿Por qué una de las máquinas dispone de un rotor
que no tiene devanado?
9. ¿A qué máquina pertenece la caja de 9 bornes?, ¿y el
rotor de tres anillos?
10. La velocidad que indica la placa de características de
un motor asíncrono no coincide con la calculada a
partir de la frecuencia y del número de pares de po-
los, ¿Por qué ocurre esto?
11. El circuito inductor de una máquina de corriente con-
tinua dispone de un devanado de tipo concentrado,
¿ocurre lo mismo en las máquinas de corriente alterna?
12. Una máquina de corriente alterna puede funcionar
como motor o como generador, ¿qué diferencias exis-
ten entre los devanados del estator en ambos casos?
estudio del caso
Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.
05 Maquinas electricas.indd 171 17/07/12 08:14

173. 172 Unidad 5
1. Principio de funcionamiento
de las máquinas rotativas
de corriente alterna
Como hemos visto con anterioridad, una máquina rotativa elemental opera uti-
lizando un sistema de conmutación basado en el colector de delgas. En este caso
se produce una fuerza electromotriz que no cambia de signo. Sin embargo, si se
sustituye dicho sistema de conmutación por un par de anillos rozantes, de modo
que sobre ellos se apoyen las escobillas, se comprueba que la fuerza electromotriz
presenta valores positivos y negativos, ya que el sentido de la corriente cambia
periódicamente.
De este modo, si se comparan las señales de ambos tipos de generadores, se ob-
serva que en el que utiliza colector de delgas el resultado es una señal de tipo pul-
satorio, ya que el sentido de circulación de la corriente se mantiene cada media
vuelta de espira. Sin embargo, si se usa un sistema de anillos, la corriente cambia
de sentido (y de signo) cada media vuelta de la espira y se obtiene en los bornes
del rotor una señal de tipo sinusoidal o senoidal.
En el caso del generador de corriente alterna, si se mantiene fijo el inducido y es
el inductor el que gira, se presenta el mismo fenómeno de inducción y, por tanto,
de generación de fuerza electromotriz, invirtiéndose así los papeles de ambos cir-
cuitos respecto a la máquina de corriente continua.
a Figura 5.1. Generador elemental en CC.
a Figura 5.3. Generador elemental en CA.
Posición de la espira
Señal en bornes A-B
Señal en bornes A-B
Posición de la espira
a Figura 5.2. Señal de salida de un generador en CC.
a Figura 5.4. Señal de salida de un generador en CA.
05 Maquinas electricas.indd 172 17/07/12 08:14

174. Máquinas rotativas de corriente alterna 173
En la práctica esta es la disposición habitual para los generadores, ya que facilita
el diseño de la máquina, simplificando así el circuito por el que circula menos
corriente (el del inductor) y utilizando el sistema de conexión móvil basado en
anillos rozantes y escobillas.
Los generadores de corriente alterna se denominan alternadores.
Inducido
Inductor
(excitación)
Alimentación
del inductor
Fuerza electromotriz
inducida
Fuerza motriz
a Figura 5.5. Alternador elemental con inducido fijo e inductor móvil.
1.1. Frecuencia
En el estudio de la máquina elemental de dos polos, una vuelta completa de la
espira (ciclo geométrico), genera un ciclo (eléctrico) en la fuerza electromotriz
inducida. El tiempo que tarda en producirse dicho ciclo se denomina periodo
(T) y se expresa en segundos. Así, el número de ciclos por segundo se denomina
frecuencia (f) y se mide en hercios (Hz). De esta forma se puede establecer una
relación entre las dos magnitudes:
T =
1
f
Así se deduce, que si en un mismo tiempo se producen más o menos ciclos, la
frecuencia también variará en consecuencia.
Si la máquina dispone de más dos polos, como es habitual en las máquinas reales,
el número de ciclos por vuelta será igual al número de pares de polos según se
muestra en la figura 5.6.
En máquinas eléctricas rotativas de corriente alterna la frecuencia está relaciona-
da con la velocidad de rotación del rotor (N) en revoluciones por minuto (rpm)
y con el número de pares de polos (p) de la máquina.
f = p
N
60
De esta forma es posible conocer la frecuencia de un generador en función de la
velocidad a la que gira su sistema motriz.
Una vuelta de la espira
t
t
t
S
N
S
N N
S
N
S
S
S
N
N
T
T
T
a Figura 5.6. Variación del número
de ciclos en función del número de
pares de polos.
05 Maquinas electricas.indd 173 17/07/12 08:14

175. 174 Unidad 5
La velocidad obtenida por la expresión anterior se denomina velocidad de sin-
cronismo. Así, una máquina que consigue que su rotor gire a dicha velocidad se
denomina síncrona, y a la que no lo hace asíncrona.
1.2. Ángulo eléctrico
Una vuelta completa de la espira corresponde con un ciclo geométrico de 360°.
Si la máquina tiene dos polos, el ciclo magnético (o eléctrico) coincide con él,
ya que es el que se recorre para encontrar un polo del mismo signo que el inicial
(N-S-N). Sin embargo, si la máquina tiene 4 polos, el ciclo geométrico corres-
pondiente a la vuelta completa se traduce en un ciclo eléctrico de 180º, ya que
es el ángulo que hay que recorrer para pasar por completo por el campo de acción
de dos polos de signo contrario.
S
N
S
N N
S
N
S
S
S
N
N
180º
Grados eléctricos Grados geométricos
360º
120º
2 polos 4 polos 6 polos
a Figura 5.7. Grados eléctricos.
1.3. Sistemas de fases
Las máquinas de corriente alterna, tanto generadores como motores, pueden
diseñarse para cualquier sistema de fases: bifásico, trifásico, hexafásico, etc., sin
embargo, algunos de ellos no tienen demasiadas aplicaciones en la práctica. El
sistema más utilizado a nivel industrial es el de tipo trifásico, siendo el que aquí
se estudiará principalmente.
ejemploS
¿Qué frecuencia entregará un generador de corriente alterna de 4
polos si es movido por un motor de gasolina que gira a 3000 rpm?
f = p
N
60
= 2
3000
60
= 100 Hz
Si un motor de corriente alterna con 3 pares de polos es alimentado
por un sistema de corriente a 50 Hz, ¿cuál será su velocidad de giro?
N = 60
f
p
= 60
50
3
= 1000 rpm
¿A qué velocidad girará motor de ejemplo anterior si está alimentado
por una red de 60 Hz?
N = 60
f
p
= 60
60
3
= 1200 rpm
Parece claro que la velocidad de
giro de un motor de corriente
alterna nada tiene que ver el valor
de la tensión del sistema de ali-
mentación. Es el valor de frecuen-
cia, junto con en número de pares
de polos de la máquina, los que
determinan dicha velocidad.
caso práctico inicial
Español-Inglés
Monofásico: single phase
Trifásico: three phase
Grados eléctricos: electrical
degrees
Grados geométricos: mechanical
degrees
Polo norte: north pole
Polos sur: south pole
vocabulario
Los sistemas monofásicos están
desfasados 90º eléctricos.
saber más
05 Maquinas electricas.indd 174 17/07/12 08:14

176. Máquinas rotativas de corriente alterna 175
Un sistema trifásico está formado por tres fuerzas electromotrices iguales en
frecuencia y magnitud, pero desfasadas entre sí 120° eléctricos. Cada fuerza
electromotriz está generada por un devanado independiente, estos devanados se
encuentran instalados sobre el estator a 120° unos de otros, tal como se representa
de forma simbólica en la siguiente figura.
F1 F2 F3
120º
120º
120º
1
2
3
a Figura 5.9. Formas de onda de un sistema trifásico y ubicación simbólica de los devanados en
el estator.
1.4. Campo magnético giratorio
El funcionamiento de los motores de corriente alterna, tanto síncronos como
asíncronos, está basado en el efecto denominado campo magnético giratorio.
Un motor trifásico dispone de tres devanados separados entre sí 120° cuyas bobi-
nas están montadas sobre el estator de forma distribuida. Si se alimentan los tres
devanados utilizando un sistema de corriente alterna trifásica, el campo magnético
generado dependerá de los valores instantáneos en cada una de las fases. De esta
forma, el signo de los polos cambia en cada uno de los devanados en función de
dichos valores a lo largo del tiempo, produciéndose así el efecto de campo giratorio.
U V
W
J.C.M.
C
a Figura 5.10. Campo giratorio en sentido horario.
De igual forma, si se cambia la secuencia de dos de las fases, se consigue que el
flujo circule en sentido contrario. En la práctica, dicho efecto se traduce en el
cambio del sentido de giro de la máquina.
El cambio de secuencia de fases es tan sencillo como permutar dos de ellas.
J.C.M.
C
W V
U
a Figura 5.11. Campo giratorio en sentido antihorario.
En los motores de corriente alter-
na el campo magnético inductor
es de tipo giratorio, y no fijo como
en los de corriente continua.
caso práctico inicial
Las máquinas de CA pueden fun-
cionar como motor o como gene-
rador.
caso práctico inicial
U
V
W
a Figura 5.8. Desfase de 120º entre
los devanados del estator.
La velocidad del campo giratorio
es siempre constante y es la del
sincronismo.
saber más
05 Maquinas electricas.indd 175 17/07/12 08:14

177. 176 Unidad 5
2. Clasificación de máquinas
de corriente alterna
De igual forma que las máquinas rotativas de corriente continua, las de corriente
alterna son reversibles, es decir, pueden funcionar como generador (alternador)
o como motor.
Una clasificación de las máquinas de corriente alterna puede ser la siguiente:
MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA
Máquinas síncronas Máquinas asíncronas
Generadores
(Alternadores)
Trifásicos
Motores
sincrónicos
Monofásicos
Generadores
Monofásicos
Motores
asincrónicos
De rotor sin bobinar
(Rotor en cortocircuito)
Trifásicos
De rotor bobinado
a Figura 5.12. Clasificación de máquinas de corriente alterna.
Según la clasificación anterior se establecen dos grandes grupos: máquinas sín-
cronas y máquinas asíncronas. Dentro del primer tipo tienen especial interés
los generadores o alternadores, y dentro del segundo los motores. No obstante,
en la actualidad, son numerosas las aplicaciones en las que se están empleando
máquinas de tipo asíncrono como generadores, aunque su estudio se sale de los
objetivos de esta obra.
Aquí se tratarán los diferentes tipos de máquinas desde el punto de vista construc-
tivo y de su constitución interna, centrándonos principalmente en el cálculo y en
la ejecución de sus devanados. Para ello se realizarán algunas actividades prácticas
relacionadas con el arranque y la puesta en marcha, aspectos que facilitarán el
estudio de su funcionamiento.
a Figura 5.13. Máquina síncrona. a Figura 5.14. Máquina asíncrona.
05 Maquinas electricas.indd 176 17/07/12 08:14

178. Máquinas rotativas de corriente alterna 177
3. Máquinas síncronas
Como ya se ha dicho, las máquinas síncronas son aquellas en las que el rotor gira
a la velocidad de sincronismo. De la misma forma que las de corriente continua,
están formadas por un circuito magnético y dos eléctricos.
3.1. Circuito magnético de las máquinas síncronas
Está constituido por dos partes, una ubicada en el estator y otra en el rotor. En
este caso, a diferencia de la máquina de corriente continua, la armadura está en
la parte fija o estator, y la culata en la parte móvil o rotor.
N
N
S
S
Armadura (estator)
Ranuras para el devanado
de la armadura
Piezas polares (polos)
Culata
a Figura 5.16. Circuito magnético de una máquina síncrona.
Así, el circuito magnético fijo es la armadura, que está formada por un apila-
miento de chapas magnéticas embutido en la carcasa del estator. Está ranurada
axialmente para permitir alojar en ella las bobinas del devanado inducido. Las
ranuras pueden tener diferentes tamaños y formas en función del tipo y de la
potencia de la máquina.
a Figura 5.17. Posibles tipos de ranuras de la armadura.
El circuito magnético rotativo ubicado en el rotor, también constituido de chapa
magnética apilada, está destinado a alojar el circuito del devanado de excitación
o inductor. Dicho circuito puede ser de dos tipos:
• De polos salientes. Se utilizan generalmente para máquinas de más de dos po-
los, de gran potencia y tamaño, que van a girar a baja velocidad. En este caso
las piezas polares están unidas por la culata que se encuentra en el eje del rotor.
• Ranurados o de polos lisos. Se utilizan en máquinas de pequeña potencia o
bajo número de polos que van a girar a gran velocidad. En ellas el rotor es un
tambor con un aspecto similar al de los de corriente continua, pudiendo estar
total o parcialmente ranurado.
El estator de una máquina síncro-
na es similar al de una máquina
asíncrona, incluso puede ser el
mismo
a Figura 5.15. Detalle del estator
de una máquina síncrona.
importante
Español-Inglés
Formas de ranuras: shape of slots
Cuña: wedge
Devanado giratorio: revolving
winding
vocabulario
05 Maquinas electricas.indd 177 17/07/12 08:14

179. 178 Unidad 5
Las de polos lisos disponen de zonas sin ranuras (diente ancho) que correspon-
den con las zapatas polares.
3.2. Circuitos eléctricos de una máquina síncrona
De igual forma que las de corriente continua, las máquinas síncronas tienen dos
circuitos eléctricos: el inductor y el inducido. Sin embargo, la principal diferencia
respecto a las primeras está en que la disposición de los devanados está invertida,
es decir, el inducido está en el estator y el inductor en el rotor.
Circuito inductor
Es el encargado de generar el campo magnético de excitación. Se encuentra bo-
binado sobre el rotor formando un número fijo de polos, que en el recorrido de su
contorno deben ser de signo alternativo, es decir, N, S, N, S, etc.
El número de polos se define en el momento de la construcción el rotor, por
tanto, si la máquina ha sido diseñada para 4 polos, no se podrá utilizar para un
número diferente.
Polo
Cabezas
de bobinas
Anillos
Aislante entre
anillos
Conexión del devanado
a los anillos
Ranuras
a Figura 5.21. Inductor de una máquina síncrona.
El colector de anillos
A diferencia de las máquinas de corriente continua, la alimentación del cir-
cuito del rotor en una máquina síncrona no requiere conmutación. Por este
motivo no es necesario montar en él un sistema tan complejo como es el co-
lector de delgas. En este caso la conexión se realiza mediante un par de anillos
que alimentan cada uno de los terminales del devanado inductor, y sobre los se
apoyan las escobillas.
Se denomina entrehierro al espa-
cio que existe entre la armadura y
el rotor.
N
S
Entrehierro
a Figura 5.20. Entrehierro de una
máquina síncrona.
recuerda
N
N
S
S
N
N
S
S
a Figura 5.18. Rotor de polos salientes
(Cortesía de Stator Systems).
a Figura 5.19. Rotor ranurado de diente ancho.
El rotor con dos anillos pertenece
al alternador del grupo electróge-
no que se ha llevado al taller de
reparación. La misión de los anillos
es alimentar el circuito inductor
que se encuentra devanado en el
rotor.
caso práctico inicial
05 Maquinas electricas.indd 178 17/07/12 08:14

180. Máquinas rotativas de corriente alterna 179
Desde el punto de vista del mantenimiento, el colector de anillos y sus escobillas
son mucho más duraderos que sus equivalentes en las máquinas de corriente
continua, ya que al no haber conmutación, el desgaste por contacto eléctrico es
mínimo.
a Figura 5.23. Anillos rozantes. a Figura 5.24. Escobillas.
El circuito inducido
El devanado del inducido se encuentra alojado en el estator y, en función del
número de fases para el que ha sido diseñado, puede ser monofásico, bifásico o
trifásico. No obstante, debido a que los últimos son los más utilizados en la indus-
tria, serán los que aquí se estudiarán principalmente.
El inducido de una máquina trifásica síncrona (y como se verá más adelante, el
de una asíncrona también), está formado por tres devanados, uno por fase, que
se entrelazan entre sí siguiendo un diseño geométrico a través de las ranuras de
la armadura. Cada uno de estos devanados está formado por una serie de bobinas
que se conectan con otras de la misma fase, en mayor o menor medida, en función
del número de polos de la máquina.
El número de polos del inducido debe ser el mismo que el número de polos del
devanado de excitación o inductor.
La caja de bornes
Desde el interior de la máquina a la caja de bornes llegarán 8 conductores. Seis
de ellos pertenecen a los devanados del inducido (dos por fase ocho) y dos son los
procedentes del portaescobillas que alimenta el circuito inductor.
V1 W1
U1
U2 V2
s
q
W2
a Figura 5.26. Bornes y conexiones internas de las bobinas de una máquina síncrona.
En el inducido el devanado de cada fase dispone de dos terminales de conexión,
uno de principio y otro de fin.
M/G
U2
V2
W2
U1
V1
W1
s q
M/G
U V W
s q
a Figura 5.22. Símbolos de una má-
quina síncrona.
a Figura 5.25. Inducido o armadura
de una máquina síncrona.
Antiguamente los bornes de las
máquinas trifásicas se nombraban
con U-V-W para los principios y
con X-Y-Z para los finales.
En la actualidad esta denomina-
ción está obsoleta.
saber más
05 Maquinas electricas.indd 179 17/07/12 08:14

181. 180 Unidad 5
Para etiquetar los distintos terminales se usan las letras U, V, W seguidas de un
número, 1 ó 2, que indica si el terminal es un principio o un final, respectivamen-
te. Así, U1-U2 corresponden a los terminales del devanado de una de las fases,
V1-V2 a los de la siguiente fase y W1-W2 a los de la última.
De igual forma que otros dispositivos de tipo trifásico (como los trasformadores
que estudiaste en unidades anteriores), la conexión entre los devanados de una
máquina síncrona puede hacerse en estrella o en triángulo, teniendo en cuenta
la relación entre tensiones de fase y línea ya estudiadas.
3.3. Funcionamiento como generador. Alternador
El principal uso de la máquina asíncrona es como generador de corriente alterna,
recibiendo en este caso el nombre de alternador.
V1 W1
U1
U2 V2
s
q
W2
Vcc excitación
Alternador
Fuerza motriz
Vca trifásica
generada
a Figura 5.29. Alternador.
Si se aplica al eje una fuerza motriz a la vez que se alimenta el circuito de excita-
ción con una fuente externa de VCC
, se obtiene en sus bornes una tensión alterna
trifásica, cuya frecuencia depende de la velocidad de giro.
La excitación de un alternador puede conseguirse de diferentes formas: mediante
sistemas estáticos de alimentación (baterías) o mediante un sistema de genera-
ción o excitatriz acoplado al propio eje de la máquina. En la actualidad es muy
común utilizar un pequeño generador de corriente alterna, que se mueve por el
propio eje del alternador, cuya corriente de salida se rectifica mediante diodos o
rectificadores semicontrolados.
La caja con 8 bornes pertenece al
alternador del grupo electrógeno
de seguridad que ha llegado al
taller para su reparación.
caso práctico inicial
V1 W1
U1
U2 V2
s
q
W2
U1 W1
V1
W2
U2
V2
V1 W1
U1
U2 V2
s
q
W2
U1
W1
V1
W2
U2
V2
a Figura 5.27. Conexión triángulo. a Figura 5.28. Conexión estrella.
Cuando las bobinas están conec-
tadas en triángulo, la tensión de
línea es la misma que la tensión de
fase, es decir, V = Vf
. Sin embargo,
si las bobinas están conectadas en
estrella, la tensión de línea es √
–
3 la
de fase, es decir, V = √
–
3 · Vf
.
recuerda
05 Maquinas electricas.indd 180 17/07/12 08:14

182. Máquinas rotativas de corriente alterna 181
Los alternadores son los encargados de producir la mayor parte de la energía eléctrica
que utilizamos en la actualidad. Estos se encuentran en las centrales de producción
eléctrica y son movidos utilizando sistemas hidráulicos, eólicos o por vapor a presión.
Por lo general, la mayoría de los alternadores son de tipo trifásico, sin embargo,
para aplicaciones menores, como pueden ser los grupos electrógenos de baja po-
tencia, pueden ser monofásicos o bifásicos.
En la figura siguiente se muestra el alternador de una minicentral hidroeléctrica.
a Figura 5.30. Minicentral hidroeléctrica.
Regulación de la tensión y frecuencia de salida
La corriente del inductor debe mantenerse como un valor fijo (el asignado en la
placa de bornes). La variación de dicha corriente, mediante un sistema de alimen-
tación regulable basado en un Variac y en un rectificador de corriente (o cualquier
sistema similar), permite ajustar el valor de la tensión de salida del alternador.
El ensayo de vacío permite definir la curva que relaciona la tensión de salida del
alternador con la corriente de excitación. En dicha curva se comprueba cómo para
valores bajos de excitación (hasta algo más del valor nominal), la tensión generada
aumenta en forma lineal, es decir, proporcional, a dicha corriente. Sin embargo,
una vez se ha superado cierto valor de excitación, el núcleo magnético se satura y,
por tanto, la tensión generada prácticamente no aumenta o lo hace tímidamente.
V
Iexc
Tensión
generada
Corriente de excitación
a Figura 5.32. Curva que relaciona la corriente de excitación con la tensión generada.
Una excitatriz es una máquina
acoplada (o no) al eje del pro-
pio alternador que se encarga
de producir la energía requerida
para alimentar el devanado de
excitación.
saber más
Los sistemas eólicos de producción
de energía hacen buen uso de los
generadores de corriente alterna.
a Figura 5.31. Aerogenerador.
saber más
05 Maquinas electricas.indd 181 17/07/12 08:15

183. 182 Unidad 5
Por otro lado, la velocidad de giro del rotor y el número de pares de polos de la
máquina son las variables que determinan la frecuencia (Hz) en los bornes de
salida del alternador. Así, para un mismo número de pares de polos, a mayor ve-
locidad de arrastre, mayor es la frecuencia.
Un ejemplo de lo anterior puede ser el de un alternador que dispone de 2 pares
de polos y que gira a 1500 rpm. Matemáticamente se puede comprobar que la
frecuencia de salida es de 50 Hz.
f = p
N
60
= 2 ·
1500
60
= 50 Hz
Sin embargo, si la misma máquina girara a una velocidad inferior, por ejemplo,
750 rpm, la frecuencia en bornes sería de 25 Hz.
f = p
N
60
= 2 ·
750
60
= 25 Hz
De esto se deduce que la regulación del sistema motriz acoplado al eje de un alter-
nador influye directamente sobre el valor de la frecuencia obtenida.
De igual forma, si el número de revoluciones de sistema motriz aumenta conside-
rablemente, la frecuencia también lo hará.
f = p
N
60
= 2 ·
4000
60
= 133,33 Hz
3.4. Funcionamiento como motor. Motor síncrono
La máquina síncrona, además de funcionar como generador, puede usarse como
motor. Para ello debe mantenerse la corriente de excitación y aplicar la alimen-
tación (en este caso trifásica) al devanado del estator.
Con estas condiciones de alimentación se produce en el circuito magnético
del estator el efecto denominado campo magnético giratorio, ya mencionado al
principio de esta unidad. Si se alimenta la excitación, el devanado inductor
genera un campo magnético fijo que intenta alinearse con el campo giratorio en
un breve periodo de tiempo (el de la velocidad de sincronismo), no pudiendo
arrancar. En esta situación el rotor puede emitir un zumbido debido a las rápidas
atracciones y repulsiones e, incluso, puede sufrir un ligero balanceo, pero sin
logar arrancar. Sin embargo, si con un sistema de arrastre se lleva al rotor a la
velocidad de sincronismo, cuando este se desacopla de su eje, el motor síncrono
continuará girando.
Debido a esta condición indispensable para su arranque, el motor asíncrono sola-
mente es utilizado en aplicaciones muy específicas.
Para poder realizar el acoplamien-
to de un alternador a la red eléctri-
ca es necesario que la frecuencia
y la tensión generadas coincidan
con las del sistema con el que se
van a acoplar.
saber más
Cuando se habla de cargar un
generador, decimos que se aplica
un receptor eléctrico (carga eléc-
trica) en sus bornes. Si por el con-
trario se trata de un motor, quiere
decir que se aplica una resistencia
mecánica en su eje.
saber más
activiDaDeS
1. Antes de continuar se recomienda realizar la práctica profesional 1 del final de la unidad. Con ella podrás com-
probar cómo funciona un alternador trifásico y cuál es su comportamiento al variar la velocidad de arrastre y
la corriente de excitación.
05 Maquinas electricas.indd 182 17/07/12 08:15

184. Máquinas rotativas de corriente alterna 183
4. Máquinas asíncronas
Deben su nombre a que funcionan a una velocidad diferente (inferior) a la de
sincronismo.
El funcionamiento como motor es el principal uso de las máquinas asíncronas. No
obstante, en la actualidad, se están utilizando con regularidad como generadores,
aunque su estudio se sale de los objetivos de este libro.
J
J.
J.
J.
J.
J.
J.
J
J
J C.
C.
C.
C.
C.
C
C.
C.M.
M.
M.
M.
M.
M.
M
M.
M
M Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
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o
o
Escudo posterior
Devanado del estator
Eje
Tapa del
ventilador
Escudo anterior
Ventilador Rotor en
cortocircuito
Cojinete
Placa de
características
Núcleo de la
armadura
Caja de bornes
a Figura 5.33. Constitución de un motor asíncrono trifásico.
De la misma forma que las máquinas síncronas, las asíncronas están formadas por
un circuito magnético y dos circuitos eléctricos, además de otros elementos como
son: la carcasa, escudos, tapas, base de fijación, etc.
4.1. Circuito magnético
Está formado por dos partes: una fija en el estator y una móvil en el rotor.
La armadura o estator
El estator es idéntico al utilizado en las máquinas síncronas, por tanto aquí no se
volverá a enunciar cuál es su constitución, ya que no existe ninguna diferencia
entre ambos.
El rotor
En cuanto al rotor, puede ser de dos tipos:
• Rotor en cortocircuito. Este tipo no dispone de ranuras abiertas que permi-
tan insertar en ellas un bobinado ejecutado a base de hilo o pletina esmal-
tada. Sin embargo, está constituido por un número determinado de barras
rígidas que se cierran en cortocircuito en sus extremos, formado así su propio
devanado.
• Rotor ranurado. Su aspecto es similar al de otros rotores ya estudiados para
otros tipos de máquinas. Se encuentra ranurado en todo su contorno para per-
mitir alojar en él un devanado construido a base de bobinas de hilo o pletina
esmaltada.
Ranuras
de la
armadura
Barras
del rotor
Armadura
(estator)
Rotor en
cortocircuito
a Figura 5.34. Partes de una má-
quina asíncrona con rotor en cor-
tocircuito.
05 Maquinas electricas.indd 183 17/07/12 08:15

185. 184 Unidad 5
Algunos rotores se muestran a continuación:
4.2. Circuitos eléctricos en máquinas asíncronas
La parte eléctrica de las máquinas asíncronas está formada por dos circuitos: uno
en el rotor y otro en el estator.
Si consideramos su funcionamiento como motor, el circuito inductor se encuen-
tra ubicado en el estator y el inducido en el rotor.
Inductor
El devanado del inductor es idéntico al utilizado en el estator de la máquina sín-
crona. En la industria, aunque existen devanados de tipo monofásico y bifásico,
mayoritariamente son de tipo trifásico, que están formados por tres devanados
(uno por fase) distribuidos por el perímetro de la armadura y separados entre sí
120° eléctricos.
El número de polos de una máquina se define en el momento de la ejecución de
este devanado. Así, la velocidad de giro dependerá de este dato y de la frecuencia
de la red de alimentación.
Inducido
Es el circuito eléctrico que está ubicado en el rotor. Puede ser de dos tipos: de
barras en cortocircuito o bobinado.
• De barras en cortocircuito. Como ya se ha dicho anteriormente, está forma-
do por barras, normalmente de aluminio, embutidas en ranuras ciegas en el
tambor del rotor, que se cierran en sus extremos mediante discos del mismo
material, dando al sistema un aspecto de jaula de ardilla por lo que este tipo de
rotores suelen recibir este nombre.
a Figura 5.39. Barras de un rotor en jaula de ardilla.
En los motores de gran potencia estas barras son intercambiables para ser sus-
tituidas en caso de deterioro o rotura.
a Figura 5.35. Rotor en cortocircuito. a Figura 5.36. Rotor ranurado.
Los circuitos magnético y eléctrico
del estator de una máquina asín-
crona son los mismos que los de
una máquina síncrona.
a Figura 5.37. Estator de una má-
quina asíncrona.
recuerda
U1 V1 W1
U1 V1 W1
U2 V2 W2
a Figura 5.38. Símbolos de un mo-
tor asíncrono trifásico con rotor en
cortocircuito.
05 Maquinas electricas.indd 184 17/07/12 08:15

186. Máquinas rotativas de corriente alterna 185
Para mejorar el par de arranque, los rotores en cortocircuito pueden ser:
a) De doble jaula. Constituido por un segundo grupo interno de barras y concén-
trico al principal.
b)De ranura profunda. Formado por un único sistema de barras alargadas hacia
el interior del rotor.
a Figura 5.40. Rotores de doble jaula (izquierda) y de ranura profunda (derecha).
Este tipo de máquinas es el más utilizado en la actualidad debido a que su
mantenimiento es prácticamente nulo gracias a la ausencia de conexiones
móviles o rozantes, algo que es característico en los sistemas basados en
colector.
El conexionado de un motor al exterior se realiza a través de los seis bornes de
su caja de conexiones, pudiendo hacerse en estrella o en triángulo, como ya
se ha visto anteriormente. En este caso, la conexión estrella es para la tensión
mayor y la conexión triángulo para la menor.
V1 W1
U1
U2 V2
W2
V1 W1
U1
U2 V2
W2
a Figura 5.42. Conexión de la caja de bornes de un motor trifásico de inducción.
• De rotor bobinado. El tambor del rotor es de tipo ranurado y en él se
alojan las bobinas que constituyen el devanado, que recibe el nombre de
rotórico. Una de las principales características de este tipo de motores es
que dispone de un elevado par de arranque respecto a los motores de rotor
en jaula de ardilla de ranura normal. Como con los motores de rotor en
cortocircuito de doble ranura o ranura profunda se obtienen resultados simi-
lares, los motores de rotor bobinado han quedado relegados a aplicaciones
muy específicas.
El devanado del rotor suele estar formado por tres devanados, que se conectan
en estrella por uno de sus extremos y a los anillos del colector por el otro. No
obstante, el número de devanados puede ser diferente, siempre que se obtenga
el mismo número de polos que tenga el estator.
En realidad, el rotor de la máqui-
na que ha llegado para reparar, sí
dispone de devanado, pero es un
poco especial, ya que en lugar de
estar construido por hilo de cobre
esmaltado, está hecho con unas
barras internas conectadas en cor-
tocircuito.
caso práctico inicial
Español-Inglés
Asíncronos: asynchronous
Síncronos: synchronous
Campo magnético giratorio:
rotating magnetic field
Trifásico: three-phase
Espiras: turns
Deslizamiento: slip
Entrehierro: air gap
Ventilador: fan
Velocidad: speed
Baja tensión: low voltage
Alta tensión: high voltage
vocabulario
U1 V1 W1
K L M
U2
V2
W2
U1
V1
W1
K L M
a Figura 5.41. Símbolos de un mo-
tor asíncrono trifásico con rotor bo-
binado.
05 Maquinas electricas.indd 185 17/07/12 08:15

187. 186 Unidad 5
La diferencia entre la velocidad de
sincronismo y la indicada en la caja
de bornes del motor trifásico con
rotor en jaula de ardilla se llama
deslizamiento y es necesaria para
que el motor pueda girar. Dicho de
otra forma, si no existiera el desli-
zamiento, el rotor se pararía.
NS
Nm
a Figura 5.45. Velocidades del mo-
tor síncrono.
caso práctico inicial
La caja con nueve bornes perte-
nece a la máquina asíncrona de
rotor bobinado. Seis de ellos son
del devanado situado en el estator
y los otros tres, etiquetados como
K, L, M, del devanado del rotor.
caso práctico inicial Un esquema es el siguiente:
Rotor bobinado
(inducido)
Escudo
Escudo
Devanado de la armadura
(inductor)
Escobillas
Colector de anillos
Caja de bornes
Estator
a Figura 5.43. Partes de un motor de rotor bobinado.
Los motores de rotor bobinado, también denominados de anillos rozantes,
están diseñados para trabajar en cortocircuito.
a Figura 5.44. Detalle del colector de anillos y de las escobillas de un motor asíncrono de
rotor bobinado.
4.3. Funcionamiento del motor asíncrono
En una máquina asíncrona, funcionando como motor, al alimentar el devanado del
estator se genera un campo magnético de tipo giratorio que induce una corriente
sobre el devanado del rotor (sea de barras o bobinado). Esta corriente a su vez
genera por inducción (de ahí el nombre que se le suele dar a este tipo de motores)
un campo magnético rotórico que se comporta como si de imanes permanentes se
tratara. De esta forma, el rotor intenta alinearse con el campo del estator, provo-
cando en él un par de fuerzas que provocan el giro. Así, siempre que se mantenga
el campo del inductor, el rotor gira buscando su alineamiento.
La velocidad del campo giratorio es la de sincronismo, sin embargo, la del rotor
siempre debe estar por debajo de ella, ya que si ambas llegaran a igualarse, el mo-
tor se pararía. La diferencia entre ambas velocidades recibe el nombre de desliza-
miento (S). Se suele expresar en % y se calcula mediante la siguiente expresión:
S =
NS
– Nm
NS
· 100
Donde Ns
es la velocidad de sincronismo y Nm
la de la máquina.
Algunos tipos de aerogeneradores
utilizan máquinas asíncronas de
rotor bobinado.
saber más
05 Maquinas electricas.indd 186 17/07/12 08:15

188. Máquinas rotativas de corriente alterna 187
El momento del arranque
El instante del arranque de un motor de inducción es especialmente delicado, ya
que la máquina debe vencer el par resistente que se aplica en su eje hasta conse-
guir la velocidad de funcionamiento nominal. Si la carga que se aplica en él es
excesivamente grande, el motor puede no llegar a arrancar.
Los fabricantes de motores suelen representar esta característica mediante la de-
nominada curva par-velocidad. En ella se puede observar lo que ocurre con el par
motor hasta que consigue la velocidad nominal. Como se observa en las figuras,
existe una zona inestable en la que el par motor pasa por diferentes valores. En
ese momento, si el par resistente es excesivamente elevado y está por encima de la
curva del par motor, la máquina puede tener problemas para arrancar o incluso no
conseguirlo. Una vez superada esta zona inestable, el motor consigue su velocidad
nominal, funcionando en condiciones normales.
Par resistente
Zona inestable
Zona
estable
P
a
r
m
o
t
o
r
Velocidad
Par
Par máximo
Par de arranque
Par mínimo
Velocidad
nominal
Velocidad de
sincronismo
Par nominal
0
Par resistente
Zona inestable
Zona
estable
P
a
r
m
o
t
or
Velocidad
Corriente
0
Par
Corriente
nominal
Corriente que absorb
e
e
l
m
o
t
o
r
a Figura 5.46. Curva par-velocidad. a Figura 5.47. Curva de corriente sobre la
curva par-velocidad.
Vencer el par resistente en el momento del arranque, cuando el motor está a
plena carga, produce una sobrecorriente cuyo valor es muy superior a la corriente
nominal del motor. Este exceso puede resultar enormemente perjudicial, tanto
para la instalación como para la aparamenta que alimenta la máquina. Este efecto
se enfatiza en los motores de gran potencia, de modo que será necesario tenerlo
siempre en cuenta. Para evitar este efecto tan perjudicial se recurre a diferentes
métodos en función del tipo de motor.
En los motores con rotor en cortocircuito o jaula de ardilla se recurre a diferen-
tes sistemas de arranque como los denominados: estrella-triángulo, Part-Win-
ding o de devanados separados, por resistencias estatóricas o por autotransfor-
mador. En los motores de rotor bobinado es habitual el arranque denominado
por eliminación de resistencias rotóricas. En cualquiera de los casos, su estudio se
sale de los objetivos de esta unidad.
El arranque estrella-triángulo es, desde hace tiempo, uno de los más utilizados,
aun así, en la actualidad se están viendo sustituidos paulatinamente por siste-
mas electrónicos basados en arrancadores progresivos o variadores de velocidad.
En la instrucción ITC-BT-47 del
REBT se establece que la constan-
te máxima de proporcionalidad
entre la intensidad de la corriente
de arranque y la de plena carga.
En motores de corriente continua
debe ajustarse a los siguientes
valores:
Potencia Constante
De 0,75 kW
a 1,5 kW
2,5
De 1,5 kW
a 5,0 kW
2,0
De más de
5,0 kW
1,5
recuerda
05 Maquinas electricas.indd 187 17/07/12 08:15

189. 188 Unidad 5
5. Devanados de máquinas
de corriente alterna
Los devanados de las máquinas de corriente alterna se ubican en:
• el rotor de máquinas síncronas, bien sea de polos salientes o de polos lisos,
• el rotor de las máquinas asíncronas de polos lisos,
• el estator de máquinas síncronas y asíncronas, ya sea funcionando como motor
o como generador, siendo el proceso de cálculo, diseño y ejecución idéntico
en ambos casos.
Los devanados del estator se diseñan según el número de fases del sistema de
alimentación al que van a ser conectados. Si bien pueden construirse para los de
tipo monofásico y bifásico, aquí se centrará el estudio en los devanados de tipo
trifásico, ya que son los más utilizados en la industria.
5.1. Conceptos previos para el diseño
y ejecución de devanados en corriente alterna
A continuación se describirán aquellos conceptos de uso común que son ne-
cesarios para calcular y diseñar los diferentes tipos de devanados de corriente
alterna.
Bobinas y grupos de bobinas
El concepto de bobina es el mismo que el estudiado para los devanados de co-
rriente continua. Una bobina es un conjunto de espiras de, aproximadamente
el mismo tamaño, que se inserta entre dos ranuras del núcleo magnético. Dis-
ponen de dos lados activos, dos cabezas y dos (o más) terminales de conexión.
Un grupo de bobinas está formado por dos o más bobinas unidas entre sí, cons-
truidas con un conductor del mismo diámetro y del mismo número de espiras.
Cabeza
superior
Lados activos
Hilo de unión entre
bobinas
Terminales
Bobinas
a Figura 5.48. Grupo de bobinas.
En los esquemas de devanados de corriente alterna los grupos de bobinas se repre-
sentan de forma simplificada, dibujándose solamente las cabezas superiores, los
lados activos y las conexiones entre grupos de bobinas. No obstante, en algunas
ocasiones, también se recurre a una representación más desarrollada en la que se
muestran las uniones entre las diferentes bobinas del grupo.
No hay ninguna diferencia entre el
devanado del estator de un gene-
rador de corriente alterna y el de
un motor, es más, si las máquinas
fueran idénticas en dimensiones y
características eléctricas, podrían
intercambiarse entre sí.
caso práctico inicial
a Figura 5.49. Grupo de tres bo-
binas.
05 Maquinas electricas.indd 188 17/07/12 08:15

190. Máquinas rotativas de corriente alterna 189
Algunas representaciones esquemáticas son:
1 2 3 10 11 12
1 2 3 10 11 12
Grupo de bobinas Representación desarrollada Representación simplificada
a Figura 5.50. Representación de un grupo de tres bobinas.
Tipos de devanados
Los dos tipos de devanados más representativos son los concentrados y los dis-
tribuidos.
• Devanados de tipo concentrado. En ellos cada polo se forma con una única
bobina arrollada sobre la pieza polar. Es el sistema utilizado para el devana-
do de excitación de las máquinas de corriente continua y, también, para el
devanado del inductor de las máquinas síncronas basadas en rotor de polos
salientes. Si bien este tipo de devanado podría utilizarse para los estatores
de las máquinas de corriente alterna, en la actualidad está en desuso debido
al bajo aprovechamiento de núcleo, pues requiere una armadura de mayor
tamaño.
N
S
s q
N
S
Bobina 1 Bobina 2
Bobina 1 Bobina 2
Rotor máquina síncrona
a Figura 5.51. Devanado concentrado de dos polos y su aplicación al inductor de una máquina
síncrona.
• Devanados de tipo distribuido. Utilizan varias ranuras por polo y fase, permi-
tiendo así un mejor aprovechamiento del núcleo de la máquina y, por tanto,
optimizar su tamaño. En estos devanados los haces activos de una misma bo-
bina se encuentra ubicados en polos contiguos de signo contrario, recibiendo
por este motivo el nombre de distribuidos.
El sistema de devanados distribuidos es el más utilizado en la actualidad para
la construcción de circuitos eléctricos en estatores, tanto en máquinas de co-
rriente alterna síncronas como asíncronas.
Los devanados de tipo concentrado
solamente se utilizan para la excita-
ción en máquinas de corriente con-
tinua, para rotores de polos salien-
tes en máquinas síncronas y para
devanados de motores Brushless y
Paso a paso.
caso práctico inicial
Español-Inglés
Devanado concentrado:
concentrated winding
Devanado distribuido:
distributed winding
Devanado concéntrico:
concentric winding
Devanado excénctrico o en cadena:
chain winding
vocabulario
05 Maquinas electricas.indd 189 17/07/12 08:15

191. 190 Unidad 5
Un esquema de este tipo de devanado sería el siguiente:
Distribución de bobinas
en el estator
U1 W2 V1 V2
U2 W1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
N S
a Figura 5.52. Ejemplo de un devanado distribuido.
Los devanados distribuidos pueden ser de dos tipos: concéntricos y excéntricos.
a) Devanados concéntricos. Son aquellos en los que las bobinas de los grupos
se construyen de forma concéntrica con diferentes tamaños. El diseño y la
ejecución de este tipo de devanados son sencillos, sin embargo, debido a la
disposición que tienen las cabezas de las bobinas en el interior de la máquina,
el aprovechamiento del espacio es menor que en los de tipo excéntrico.
b)Devanados excéntricos. Son aquellos cuyos grupos tienen todas las bobinas
iguales. Su ejecución en la máquina permite un mejor peinado de las cabezas
y, por tanto, un mejor aprovechamiento del espacio respecto a los de tipo
concéntrico.
1 2 3 10 11 12
Bobinas concéntricas Bobinas excéntricas
1 2 3 10 11 12
N S N S
a Figura 5.53. Grupos de bobinas para devanados concéntricos y excéntricos.
Los devanados excéntricos pueden ser imbricados de una capa, imbricados
de doble capa u ondulados. A continuación se tratarán ejemplos de cálculo y
ejecución de cada uno de ellos.
Conexiones entre grupos de bobinas
La conexión entre los diferentes grupos de bobinas puede hacerse de dos formas
diferentes:
• por polos,
• por polos consecuentes.
Español-Inglés
Por polos:
whole coil winding
Por polos consecuentes:
half coil winding
vocabulario
05 Maquinas electricas.indd 190 17/07/12 08:15

192. Máquinas rotativas de corriente alterna 191
Conexión por polos
Se realiza conectando el final de un grupo con el final del siguiente, y el principio
de este con el principio del siguiente.
Final Final Final Final
Principio Principio
N S N S N
a Figura 5.54. Conexión por polos en una máquina de 4 polos.
Así, en este tipo de conexión hay tantos grupos de bobinas por fase (Gf
), como
polos (2p) tiene la máquina.
Gf
= 2p
Si el resultado se multiplica por el número de fases (q) del sistema de alimenta-
ción, se conoce el número total de grupos requeridos para el devanado.
G = 2pq
Conocer el número de grupos por fase y el número de grupos totales del deva-
nado, no es un dato esencial para el cálculo geométrico del mismo, pero permite
comprobar que su diseño es correcto.
Conexión por polos consecuentes
Se dice que una conexión se hace por polos consecuentes cuando se conecta el
final de un grupo de bobinas con el principio del siguiente y así sucesivamente.
S
Final Principio Final Principio
S S S S S
a Figura 5.55. Conexión por polos consecuentes en una máquina de 6 polos.
En este caso el número de grupos por fase (Gf
) corresponde a la mitad del número
de polos, es decir, es igual al número de pares de polos (p).
Gf
= p
Por tanto, el número total de grupos del devanado es el producto de los pares de
polos por el número de fases del devanado (q):
G = pq
05 Maquinas electricas.indd 191 17/07/12 08:15

193. 192 Unidad 5
Ubicación de los principios de fase de un devanado
Los principios de fase permiten definir geométricamente las ranuras en las que
estarán ubicados cada uno de los grupos de las fases.
En función si el devanado es trifásico o bifásico, el paso de los principios de fase
se calcula utilizando las siguientes expresiones:
Trifásicos Bifásico
Y120
=
K
3p
Y90
=
K
4p
El resultado obtenido se suma sucesivamente en una tabla denominada de princi-
pios de fases, obteniéndose lo siguiente:
U V W
1 1+Y120
1+2Y120
1+3Y120
1+4Y120
1+5Y120
….
Así, cada columna representará la ranura en la que comienza un nuevo grupo de
una misma fase.
Esta tabla contiene más o menos filas en función del número de ranuras y del de
pares de polos del devanado a diseñar.
Las ranuras de la primera fila de cada una de las fases (U-V-W) corresponden
a los terminales de inicio (los que van a la caja de bornes) de cada uno de los
devanados.
Bobinas por grupo
El número de bobinas por grupos (U) se calcula:
Por polos Por polos consecuentes
U =
K
4pq
U =
K
2pq
A continuación se abordará el cálculo y el diseño de los diferentes tipos de de-
vanados en corriente alterna, analizando previamente los conceptos particulares
de cada uno de ellos.
5.2. Devanados concéntricos
Son aquellos que solamente utilizan grupos de bobinas concéntricas, ejecutándo-
se siempre a una capa.
Condición de ejecución
De igual forma que en los devanados de corriente continua, no todos se pueden
ejecutar para cualquier número de polos y de ranuras. No obstante, los devanados
de corriente alterna son algo menos restrictivos en ese sentido que los ya estudia-
dos para corriente continua.
El número de bobinas por grupo
es el mismo para cualquiera de las
fases del devanado. No obstante,
existen excepciones como las que
se nombrarán más adelante, en
las que grupos de una misma fase
pueden tener un número de bobi-
nas diferente.
saber más
05 Maquinas electricas.indd 192 17/07/12 08:15

194. Máquinas rotativas de corriente alterna 193
Para conocer si un devanado de este tipo se puede ejecutar, se debe calcular el
número de ranuras por polo y fase (Kpq
) mediante la siguiente expresión:
Kpq
=
K
2pq
Donde K es el número de ranuras, p el número de pares de polos y q el número
de fases.
El resultado óptimo de este cálculo es un número entero. No obstante si dicho
número es impar y el devanado se ejecuta por polos, se puede hacer coincidir
en una misma ranura bobinas de distintos grupos de la misma fase que se hayan
construido con la mitad de espiras. También sería posible realizar devanados con
unos grupos con la mitad de bobinas que otros.
En el caso de un devanado realizado mediante polos consecuentes, el resultado
óptimo para el diseño también es un número entero, ya sea par o impar. Sin
embargo, si se obtiene un número fraccionario formado por un número entero
más 0,5, se debe proceder, como se ha visto anteriormente, a dividir el número de
espiras de una de las bobinas de un grupo y hacerla coincidir en la misma ranura
con una bobina de similares características del siguiente grupo.
Cualquiera de estas excepciones requiere una cierta experiencia en el diseño del
devanado, ya que en numerosas ocasiones se salen de la lógica del desarrollo que
se va a explicar a continuación.
Amplitud
Es el número de ranuras que quedan libres (para ser usadas por grupos de otras
fases) entre los dos haces activos de la bobina interior, o más pequeña, del
grupo.
Amplitud
m = 6
Amplitud
m = 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8
a Figura 5.59. Amplitud de bobina.
a Figura 5.57. Coincidencia de bobinas en una misma ranura. a Figura 5.58. Grupos asimétricos de una misma fase.
Para la construcción de devanados
concéntricos es necesario utilizar
moldes preformados específicos.
a Figura 5.56. Moldes para grupos
de bobinas concéntricas.
saber más
Todos los devanados excéntricos
se ejecutan a una capa salvo las
excepciones aquí nombradas.
saber más
05 Maquinas electricas.indd 193 17/07/12 08:15

195. 194 Unidad 5
Número de fases del devanado
Los devanados concéntricos de corriente alterna se ejecutan principalmente para
sistemas trifásicos, pero también pueden realizarse para bifásicos y monofásicos.
U1
N S N S
W2 V1 W1 U2 V2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
a Figura 5.60. Devanado trifásico.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
U1 V1 U2 V2
S N
N S N
a Figura 5.61. Devanado bifásico.
Los devanados trifásicos y bifásicos utilizan las mismas expresiones de cálculo,
excepto las destinadas a la obtención del paso de principio de fase (Y120
e Y90
).
Sin embargo, el proceso y el diseño de cálculo de los devanados monofásicos son
ligeramente diferentes, por lo que su estudio se realizará en la próxima unidad.
Conexión de los grupos de bobinas
La conexión entre los grupos de bobinas de una misma fase se realiza, en general,
siguiendo los siguientes criterios:
• Los devanados trifásicos bipolares siempre se ejecutan por polos.
• Los devanados trifásicos de más de dos polos (multipolares) se ejecutan por
polos consecuentes.
• Los devanados monofásicos y bifásicos siempre se ejecutan por polos.
TRIFÁSICO
Por polos
consecuentes
Por polos
BIFÁSICO MONOFÁSICO
Multipolar Bipolar Multipolar Bipolar
a Figura 5.64. Elección del tipo de conexión de grupos.
Antes de ejecutar los devanados
en la máquina, los circuitos mag-
néticos de estator y rotor deben
estar aislados convenientemente.
a Figura 5.62. Aislamiento de las
ranuras del rotor.
a Figura 5.63. Aislamiento de las
ranuras del estator.
saber más
05 Maquinas electricas.indd 194 17/07/12 08:15

196. Máquinas rotativas de corriente alterna 195
Proceso de diseño de devanados concéntricos
En este apartado se muestra cómo ejecutar varios tipos de devanados concéntri-
cos partiendo de unos datos previos.
• Datos previos al cálculo. Se parte de los siguientes datos conocidos:
– Pares de polos de la máquina (p).
– Número de ranuras del estator (K).
– Tipo de conexión (por polos o por polos consecuentes).
• Paso 1. Se comprueba si el devanado se puede ejecutar con la expresión del
cálculo de ranuras por polo y fase.
Kpq
=
K
2pq
El resultado debe ser un número entero. No obstante, el devanado se podrá
ejecutar si esto no se cumple teniendo en cuenta las excepciones vistas con an-
terioridad.
• Paso 2. Se calcula el número de bobinas por grupo (U):
Por polos Por polos consecuentes
U =
K
4pq
U =
K
2pq
Se obtiene la amplitud (m):
Por polos Por polos consecuentes
m = (q–1) · 2U m = (q–1) · U
Se calcula el paso de principios por fase:
Trifásicos Bifásicos
Y120
=
K
3p
Y90
=
K
4p
Se representa la tabla de principios de ciclo, marcando la celda superior iz-
quierda con la ranura número 1:
U1 V1 W1
1
….
Opcionalmente, ya que no es imprescindible para el diseño del esquema, se
puede calcular el número de grupos por fase (Gf
):
Por polos Por polos consecuentes
Gf
= 2p Gf
= p
05 Maquinas electricas.indd 195 17/07/12 08:15

197. 196 Unidad 5
Es aconsejable establecer colores
para cada una de las fases, tam-
bién definir los principios y finales
de cada devanado.
U1 U2
V1 V2
W1 W2
a Figura 5.65. Fases del devanado.
saber más
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación
de un devanado concéntrico trifásico para el estator de un motor de
inducción con rotor de jaula de ardilla. Los datos de partida son los
siguientes:
• Número de polos: 4 (2 pares de polos).
• Número de ranuras: K = 24.
• Número de fases: q = 3.
Cálculo
Como el número de polos es 4, el devanado de debe ejecutar por polos con-
secuentes.
Datos principales
Condición de ejecución Kpq
=
K
2pq
=
24
2 · 2 · 3
= 2 (par)
Número de bobinas por grupo U =
K
2pq
=
24
2 · 2 · 3
= 2
Amplitud m = (q – 1) · U = (3 – 1) · 2 = 4
Paso de principios de fase Y120
=
K
3p
=
24
3 · 2
= 4
Diseño
1. Se construye la tabla de principios de fase sumando sucesivamente, en
celdas contiguas, el resultado de la anterior más el valor de Y120
:
U V W
1 5 9
13 17 21
Se finaliza el proceso de suma cuando el número obtenido es superior al
número de ranuras, que en este caso es 24.
2. Se representan todas las ranuras numeradas.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
3. Se dibuja el primer grupo a partir de la ranura 1, sabiendo que el número
de bobinas por grupo es de 2 y que la amplitud es 4.
4. Según la tabla de principios de fase, el primer terminal de este devanado
sale de la ranura 1, por tanto, se etiqueta con la referencia U1.
05 Maquinas electricas.indd 196 17/07/12 08:15

198. Máquinas rotativas de corriente alterna 197
5. De la tabla de principios de fase se obtiene el comienzo del segundo grupo
de la misma fase (que en este caso corresponde a la ranura 13) y se repre-
senta a partir de ahí con la misma amplitud (m = 4) y número de bobinas
por grupo (U = 2).
6. Al ser conexión por polos consecuentes, se une el final del primer grupo
(ranura 7) con el inicio del siguiente (ranura 13).
7. El final del segundo es el terminal de salida (U2) de este devanado.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 U2
a Figura 5.66. Conexión por polos consecuentes entre grupos de la misma fase.
8. Se dibuja el segundo devanado, sabiendo que los principios de los grupos
de esta fase están en las ranuras 5 y 17.
9. Se representan los terminales de este devanado, que corresponde con la
ranura 5 para el principio V1 y con la ranura 23 para V2.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 U2
V1 V2
a Figura 5.67. Representación del devanado de la fase V1 – V2.
10. Se dibuja el tercer y último devanado siguiendo el mismo criterio que en los
anteriores. En este caso los principios de fase corresponden a las ranuras 9
y 21, siendo el terminal de entrada W1 el de la 9, y el de salida W2 el de la
número 3.
11. Para comprobar que el devanado es correcto, se establece el sentido de
corriente para una de las fases y se comprueba que los polos consecutivos
son de diferente signo, siendo recomendable hacer lo mismo para cada
uno de los devanados de forma independiente.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1
U2
V1 W1
W2 V2
S N
N S
a Figura 5.68. Devanado completo.
En las máquinas de gran potencia
es habitual aislar los devanados de
las diferentes fases con aislantes
laminados flexibles.
a Figura 5.69. Aislamiento entre
bobinas de diferentes fases (Cor-
tesía de Pinellas Electric Motor
Repair).
saber más
05 Maquinas electricas.indd 197 17/07/12 08:15

199. 198 Unidad 5
1.ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado concéntrico bifásico cuyos datos de partida son los siguientes:
• Número de polos: 4 (2 pares de polos).
• Número de ranuras: K = 32.
• Número de fases: q = 2.
Cálculo
Todos los devanados bifásicos se ejecutan por polos.
Datos principales
Condición de ejecución Kpq
=
K
2pq
=
32
2 · 2 · 2
= 4 (entero y par)
Número de bobinas por grupo U =
K
4pq
=
32
4 · 2 · 2
= 2
Amplitud m = (q – 1) ·2 · U = (2 – 1) 2 · 2 = 4
Paso de principios de fase Y90
=
K
4p
=
32
4 · 2
= 4
Diseño
1. Se construye la tabla de principios de fase con el dato obtenido en Y90
:
U V
1 5
9 13
17 21
25 29
2. Se dibuja el devanado siguiendo el procedimiento visto en el ejemplo
del trifásico. Las conexiones entre grupos deben hacerse final con final y princi-
pio con principio, ya que este tipo de devanados se ejecuta por polos.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
U1 V1 U2 V2
S N
N S N
a Figura 5.70. Devanado bifásico de 32 ranuras y 4 polos.
3. Se comprueba si el diseño es correcto estableciendo el sentido de la corrien-
te, primero en el devanado de una fase y luego en el otro, observando en
ambos casos si los polos contiguos son de signo contrario.
Devanados concéntricos bifásicos
Los devanados concéntricos bifásicos se diseñan para un sistema de dos fases y
tienen un proceso de desarrollo similar al de los trifásicos.
Un devanado bifásico se puede
conectar a un sistema de alimen-
tación monofásico (fase y neutro),
y viceversa. No obstante, el diseño
de ambos tipos de devanado es
diferente.
saber más
U1 U2
V1 V2
a Figura 5.71. Fases del devanado.
05 Maquinas electricas.indd 198 17/07/12 08:15

200. Máquinas rotativas de corriente alterna 199
5.3. Devanados excéntricos
La principal característica de los devanados excéntricos es que todas sus bobinas
son iguales y se ejecutan normalmente por polos. Los bobinados excéntricos
pueden ser imbricados u ondulados y, dentro de cada uno, de una o doble capa.
Además, los de tipo imbricado pueden ser enteros o fraccionarios. Aquí solamen-
te se estudiarán los de tipo entero.
Devanados excéntricos imbricados
Los devanados excéntricos imbricados pueden ejecutarse en una o doble capa.
En los primeros, una ranura es ocupada por un solo haz activo de una bobina; en
los segundos, una ranura es ocupada por dos haces activos de bobinas diferentes.
El número total de bobinas del devanado en los de una capa es igual a la mitad del nú-
mero de ranuras, y en los de doble capa es igual a la totalidad del número de ranuras.
Una capa Doble capa
B =
K
2
U = K
En el esquema las bobinas se representan de la siguiente manera:
• En los devanados de una capa las bobinas de un grupo salen de ranuras impares
y llegan a ranuras pares.
• En los devanados de doble capa los haces activos de las bobinas que llegan
a una ranura coinciden en ella con haces activos que salen de bobinas de su
misma fase.
El número de bobinas por grupo (U) y de grupos por fase (Gf
) se calcula mediante
las expresiones:
U =
B
2pq
Gf
= 2p
El paso polar (Yp
) es la distancia que existe entre dos masas polares contiguas de
signo contrario. El paso de ranura o de bobina (YK
) coincide con el paso polar;
sin embargo, en los devanados de una capa debe ser un número impar. Si esto no
es así, es necesario acortarlo.
Paso polar Yp
=
K
2p
Paso de ranura (impar en devanados de una capa) YK
= Yp
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
a Figura 5.72. Detalle de un devanado de una capa. a Figura 5.73. Detalle de un devanado de doble capa.
1 2 3 4 5 6 7 8
S
N
Ranuras a contar para Yk = 6
a Figura 5.74. Ranuras a contar para
el paso de ranura YK
.
05 Maquinas electricas.indd 199 17/07/12 08:15

201. 200 Unidad 5
El cálculo del paso de los principios de fase se obtiene con la expresión:
Y120
=
K
3p
De igual forma que en los devanados concéntricos, con el resultado obtenido es
necesario montar una tabla de principios de fase.
Hay que tener en cuenta que los principios de fase de la tabla obtenida solamente
indican el número de ranura en el que comienzan los grupos impares de cada uno
de los devanados.
Los grupos pares se representan de la siguiente forma:
• Devanados de una capa. En la ranura contigua a la que llega el haz activo de
entrada de la primera bobina del grupo.
• Devanados de doble capa. En la misma ranura en la que llega el haz activo de
entrada de la primera bobina del grupo.
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado excéntrico imbricado de una capa. Los datos de partida son:
• Número de polos: 4 (2 pares de polos). • Número de fases: q = 3.
• Número de ranuras: K = 24. • Una capa.
Cálculo
Datos principales
Bobinas totales del devanado B =
K
2
=
24
2
= 12
Número de bobinas por grupo U =
B
2pq
=
12
2 · 2 ·3
= 1
Grupos por fase Gf
= 2p = 2 · 2 = 4
Paso polar Yp
=
K
2p
=
24
2 · 2
= 6
Paso de ranura Se acorta el paso polar a un número impar: YK
= 5
Paso de principios de fase Y120
=
K
3p
=
24
3 · 2
= 4
Diseño
1. Se construye la tabla de principios de fase sumando sucesivamente, en
celdas contiguas, el resultado de la anterior más el valor de Y120
:
U V W
1 5 9
13 17 21
Para la construcción de las bobi-
nas de devanados excéntricos es
necesario utilizar moldes que per-
mitan que todas tengan el mismo
tamaño.
a Figura 5.75. Moldes para bobinas
excéntricas.
recuerda
05 Maquinas electricas.indd 200 17/07/12 08:15

202. Máquinas rotativas de corriente alterna 201
2. De igual forma que en los ejemplos anteriores, se representan todas las
ranuras numeradas y se establecen colores para cada una de las fases.
Tomando los principios de la fase U, se dibujan los grupos impares con un
paso de ranura 5.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 V
1 5
13 1
a Figura 5.76. Representación de los grupos impares de la fase U.
3. Los grupos pares se representan en la ranura contigua a la que llega el
haz activo de entrada de la primera bobina del grupo. En este caso, el
segundo grupo se comienza a dibujar en la ranura 7 y el cuarto grupo en
la ranura 19. Lógicamente, con el mismo paso de ranura utilizado para
los grupos impares.
4. Se realiza la conexión entre grupos sabiendo que debe hacerse por polos.
5. Se dibujan los terminales que irán a la caja de bornes, es decir, los que
corresponden con la ranura 1 (U1) y con la ranura 19 (U2).
6. Se establece un sentido de corriente arbitrario y se comprueba que el
número de polos y la polaridad son correctos.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1
U2
S N
N S N
a Figura 5.77. Representación de las conexiones de la fase U.
7. Utilizando los valores de la tabla de principios de fase, así como el paso de
ranura, se procede a dibujar los devanados de las fases V y W de forma
similar a cómo se ha hecho con el anterior.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1
U2
V1
V2
W1
W2
S N
N S N
a Figura 5.78. Devanados completos.
La operación de inserción de
bobinas en la armadura requiere
paciencia y delicadeza, ya que un
trabajo mal realizado puede dar
lugar a errores de montaje y de
aislamiento eléctrico.
a Figura 5.79. Inserción de bobinas
en un estator (Cortesía de Pinellas
Electric Motor Repair).
saber más
Español-Inglés
Una capa: single layer
Doble capa: double layer
Ranura: slot
Aislamiento de ranura:
slot insulation
Devanados ondulados:
wave windings
Número de ranura: slot number
Paso de ranura: slot pitch
vocabulario
05 Maquinas electricas.indd 201 17/07/12 08:15

203. 202 Unidad 5
ejemplo
A continuación se muestra el devanado del ejemplo anterior, pero eje-
cutado a doble capa.
Cálculo
Datos principales
Bobinas totales del devanado B = K = 24
Número de bobinas por grupo U =
B
2pq
=
24
2 · 2 ·3
= 2
Grupos por fase Gf
= 2p = 2 · 2 = 4
Paso polar Yp
=
K
2p
=
24
2 · 2
= 6
Paso de ranura YK
= 6
Paso de principios de fase Y120
=
K
3p
=
24
3 · 2
= 4
Diseño
1. El paso de ranura coincide con el paso polar, ya que en los devanados de
doble capa no es necesario acortar.
2. Tomando los principios de la fase U se dibujan los grupos impares con un
paso de ranura 6. Hay que tener en cuenta que en esta ocasión cada ranu-
ra aloja dos haces activos.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1er
grupo 3er
grupo
a Figura 5.81. Representación de los grupos impares de la fase U.
3. Al ser un devanado de doble capa, los grupos pares se comienzan a dibujar
a partir de la ranura a la que llega el haz activo de entrada de las primeras
bobinas de los grupos ya representados.
4. Se realizan las conexiones de los grupos por polos y se establece un sentido
de corriente para comprobar que la polaridad es correcta.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 U2
S
N S
N
a Figura 5.82. Conexiones entre grupos del devanado de la fase U.
Las cuñas se deben utilizar para
cerrar las ranuras y así evitar que
las espiras de los devanados pue-
dan salirse de ellas.
a Figura 5.80. Cuñas para cerrar
ranuras.
saber más
Para asegurar que el diseño es
correcto es aconsejable compro-
bar la polaridad en los devanados
de todas las fases.
recuerda
05 Maquinas electricas.indd 202 17/07/12 08:15

204. Máquinas rotativas de corriente alterna 203
Devanados ondulados
Un tercer tipo de devanado excéntrico es el denominado ondulado. De igual forma
que los de tipo imbricado, todas las bobinas que lo forman son del mismo tamaño.
Este tipo de devanados se puede desarrollar a una o a doble capa, siendo más
común la segunda opción que es la que aquí se va a mostrar.
Los grupos de una fase se conectan en serie para conseguir la polaridad adecuada.
Así, si se define que la conexión gráfica se puede hacer en avance (de izquierda a
derecha) o en retroceso (de derecha a izquierda), se puede establecer la siguiente
norma de diseño de este tipo de devanados:
Los grupos impares de una misma fase se conectan entre sí en avance, y los pares en
retroceso. La unión entre los grupos que avanzan y los que retroceden se hace mediante
un puente de unión que enlaza la última bobina de los grupos impares con la primera
de los grupos pares, para mantener así la polaridad en el devanado.
En la siguiente figura se muestra un ejemplo de lo explicado anteriormente. Las
bobinas en avance se han representado en color verde y las en retroceso en color
naranja. Aunque se representan en colores diferentes, cabe recordar que todas
pertenecen al devanado de una misma fase.
Puente
U1 U2
a
a
Figura 5.85. Ejemplo de las bobinas de una fase en un devanado ondulado.
Los devanados ondulados se pueden utilizar en estatores, aunque son especial-
mente recomendables para los rotores de máquinas asíncronas, ya que la distri-
bución de las bobinas facilita su equilibrado. Además, el número de conexiones
entre grupos disminuye considerablemente respecto a otros tipos de devanados,
como los concéntricos o los imbricados.
El cálculo de los devanados ondulados se realiza con las mismas expresiones uti-
lizadas para los imbricados de doble capa.
5. Siguiendo el mismo criterio de diseño, se dibujan los devanados de las otras
dos fases.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 U2
V1 V2
W1
W2
S
N S
N
a Figura 5.83. Devanado completo de doble capa.
Los pasos característicos de este
tipo de devanados son: YK
(paso
de ranura), YC
(Paso de conexión)
e YT
(paso total).
La relación entre ellos es:
YT
= YK
+ YC
1 2 3 4 5 6 7
Yk
YC
Yt
a Figura 5.84. Pasos de un devana-
do ondulado.
recuerda
05 Maquinas electricas.indd 203 17/07/12 08:15

205. 204 Unidad 5
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado excéntrico ondulado. Los datos de partida son los siguientes:
• Número de polos: 6 (3 pares de polos).
• Número de ranuras: K = 18.
• Número de fases: q = 3.
Cálculo
Datos principales
Bobinas totales del devanado B = K = 18
Número de bobinas por grupo U =
B
2pq
=
18
2 · 3 ·3
= 1
Grupos por fase Gf
= 2p = 2 · 3 = 6
Paso polar Yp
=
K
2p
=
18
2 · 3
= 3
Paso de ranura YK
= YP
= 3
Paso de principios de fase Y120
=
K
3p
=
18
3 · 3
= 2
Diseño
1. Se construye la tabla de principios de fase sumando sucesivamente, en
celdas contiguas, el resultado de la anterior más el valor de Y120
:
U V W
1 3 5
7 9 11
13 15 17
La tabla indica las ranuras en las que comienzan los grupos en avance.
2. Se establecen colores para las fases y se definen los principios y finales de
cada devanado como se ha hecho en ejemplos anteriores.
3. Como el paso polar es 3, también lo es el paso de ranura YK
. Por tanto, se
dibujan las bobinas en avance sabiendo por la tabla de principios que los
grupos de esta fase deben comenzar en las ranuras 1, 7 y 13.
4. Se realizan las conexiones entre bobinas y se observa que el paso de
conexión YC
es 3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
a Figura 5.86. Representación de los grupos en avance de la fase U.
El paso total YT
se puede obtener
calculando la diferencia entre el
número de la ranura (de la tabla
de principios) en la que comienza
un grupo menos el número de la
siguiente de la misma fase.
En nuestro ejemplo si se toman los
dos principios de la fase U: 7 - 1 = 6.
recuerda
05 Maquinas electricas.indd 204 17/07/12 08:15

206. Máquinas rotativas de corriente alterna 205
5. Como se sabe que, en un devanado ondulado, una misma ranura en la
que ya existe un haz activo de una bobina en avance, siempre está ocupa-
da por otro haz activo de una bobina en retroceso, se dibujan los grupos
restantes, que en este caso son 3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
a Figura 5.87. Representación de los grupos en retroceso de la fase U.
6. Se realiza el puente para unir los tres grupos de bobinas en avance con
los grupos de bobinas en retroceso. En este caso se encuentra entre las
ranuras 13 y 16.
7. Se conectan entre sí los grupos en retroceso.
8. Se establecen los terminales de principio y fin del devanado de la fase U
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
U1
U2
Puente
a Figura 5.88. Puente entre grupos de bobinas.
9. Siguiendo el mismo criterio, se representan los devanados de las fases V y W.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
U1
U2
V1
V2
W1
W2
Puente
a Figura 5.89. Devanado ondulado completo.
10. Como en los otros ejemplos de diseño, es conveniente establecer un sen-
tido de corriente para cada uno de los devanados, para así comprobar su
correcta ejecución.
05 Maquinas electricas.indd 205 17/07/12 08:15

207. 206 Unidad 5
ACTIVIDADES FINALES
1. Realiza la actividad propuesta en la práctica profesional 1 para comprobar el funcionamiento de un alternador.
2. Haz lo mismo con la actividad de la práctica profesional 2 para acoplar un alternador a la red eléctrica y
hacer funcionar la máquina síncrona como motor.
3. Observa los esquemas de los siguientes devanados y responde las siguientes preguntas:
a) ¿Cuántas fases y polos tienen?
b) ¿Cuáles son los terminales que van a la caja de bornes? Etiquétalos.
c) ¿Qué tipo de conexión se ha realizado?
d) ¿Hay algún tipo de error en las conexiones o en la representación? Márcalos en las imágenes.
e) ¿Cuántas bobinas por grupo hay?, ¿cuántas salen en el cálculo?
f) ¿Cuáles son los principios de fase?
Devanado 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
Devanado 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Devanado 3
U2
U1
V2
V1
W2
W1
05 Maquinas electricas.indd 206 17/07/12 08:15

208. Máquinas rotativas de corriente alterna 207
4. A continuación se presentan distintos tipos de devanados, cada uno con unas características determina-
das. Algunas consideraciones previas son las siguientes:
• Realiza los cálculos y diseña el esquema utilizando colores diferentes para los devanados de cada una de las
fases. Sigue el proceso de ejecución mostrado en la actividad de la práctica profesional número 2 para el
montaje y ejecución de cada uno de los devanados propuestos.
• En estatores de motores con rotor de jaula de ardilla, monta al menos 4 de los devanados propuestos.
• De forma experimental puedes fabricar cada bobina con hilo esmaltado de 0,5 ó 0,6 mm con un número
bajo de espiras (entre 10 y 20), aunque eso dependerá del tipo de máquina a utilizar. En lugar de alimentar
el devanado del motor con la tensión nominal, utiliza un autotransformador regulable trifásico (Variac trifá-
sico), aplicando progresivamente tensión al devanado desde 0 V hasta que el motor gire. Esto te permitirá
comprobar de forma rápida varios tipos de devanados en el aula-taller. No obstante, debes recordar que
esta técnica es completamente experimental y que un devanado real debe disponer del diámetro del con-
ductor y del número adecuado de espiras.
Los devanados propuestos son:
a) Devanados concéntricos trifásicos
Devanado concéntrico trifásico de 2 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado concéntrico trifásico de 8 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado concéntrico trifásico de 2 polos para un estator de 36 ranuras.
Devanado concéntrico trifásico de 6 polos para un estator de 36 ranuras.
b) Devanados concéntricos bifásicos
Devanado concéntrico bifásico de 6 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado concéntrico bifásico de 2 polos para un estator de 32 ranuras.
c) Devanados imbricados de 1 capa
Devanado excéntrico imbricado de 1 capa trifásico de 4 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado excéntrico imbricado de 1 capa trifásico de 6 polos para un estator de 36 ranuras.
Devanado excéntrico imbricado de 1 capa trifásico de 10 polos para un estator de 60 ranuras.
d) Devanados imbricados de doble capa
Devanado excéntrico trifásico imbricado doble capa de 2 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado excéntrico trifásico imbricado doble capa de 4 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado excéntrico trifásico imbricado doble capa de 8 polos para un estator de 48 ranuras.
e) Devanados ondulado
Devanado excéntrico trifásico ondulado de 2 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado excéntrico trifásico ondulado de 4 polos para un estator de 24 ranuras.
entra en internet
5. Localiza aplicaciones en las que aún se utilizan las máquinas síncronas funcionado como motor. Nombra un
par de ellas.
6. ¿En qué aplicaciones se están utilizando las máquinas asíncronas para generar energía?
05 Maquinas electricas.indd 207 17/07/12 08:15

209. 208 Unidad 5
HERRAMIENTAS
• Bancada y elementos de fijación
y acoplamiento
• Alternador trifásico de 4 polos
• Motor de arrastre y regulador de
velocidad (según indicaciones dadas
en la practica profesional)
• Variac monofásico
• Puente rectificador
• 3 bornes de raíl
MATERIAL
• Tacómetro óptico portátil
• Voltímetro de corriente alterna
• Frecuencímetro
• Amperímetro
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
puesta en marcha de un alternador
OBJETIVO
Comprobar la frecuencia y el valor de la tensión de salida de un alternador al
modificar la velocidad del sistema motriz y la corriente de excitación.
PRECAUCIONES
• No manipules el cableado cuando el sistema está en funcionamiento.
• Toma las medidas de seguridad oportunas para evitar el contacto con las par-
tes móviles del sistema cuando el conjunto esté girando.
• Sigue las indicaciones y precauciones dadas por el fabricante para usar el
tacómetro óptico.
Nota. Como motor de arrastre se puede utilizar un motor de CC Shunt con un
reóstato para regular la tensión del inducido. También podría utilizarse un motor
trifásico con rotor en cortocircuito con un variador comercial de velocidad. En
cualquier caso, con ambos sistemas se obtendrían los mismos resultados.
DESARROLLO
1. Elabora un esquema del conjunto.
M
+
-
Alternador
Motor de arrastre
~
s q
G
3
V F
A
Variac
Puente
rectificador
L1
N
Variador
de
velocidad
Bornes de prueba
Instrumentos de prueba
Excitación
a Figura 5.90. Esquema de conexiones del conjunto.
2. Sobre una bancada de pruebas monta un alternador trifásico de 4 polos y acóplale al eje un motor de arrastre
que pueda regularse en velocidad.
V1 W1
U1
U2 V2
s
q
W2
Bancada de pruebas
Alternador Motor de arrastre
Acoplamiento
mecánico
a Figura 5.91. Máquina en bancada de pruebas.
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210. Máquinas rotativas de corriente alterna 209
3. Conecta un voltímetro de corriente alterna y un frecuencímetro a los bornes de salida del alternador. Puedes
utilizar cualquiera de las fases para ello. Más tarde conecta el devanado de excitación del alternador al puente
rectificador través del Variac.
4. Conecta el sistema de variación de velocidad elegido para alimentar el motor de arrastre. Sobre el eje del
motor de arrastre o del alternador, coloca la marca reflectante necesaria para efectuar la medida con el
tacómetro óptico.
5. Alimenta el conjunto para poner en marcha el motor de arrastre. Con el tacómetro comprueba la velocidad de
giro del motor y observa lo que marca el frecuencímetro. Según este esquema, modifica la velocidad de giro y
anota los resultados en la tabla.
Power Meter
Hold
Marca reflectante
Tacómetro óptico
a Figura 5.92. Detalle de uso del tacómetro para medir la velocidad de giro.
6. Con el motor en marcha a una velocidad fija, alimenta el devanado inductor hasta que el amperímetro muestre
la corriente de excitación indicada en la placa de características.
7. Varía la corriente de excitación arriba y abajo y anota los resultados en la siguiente tabla.
Relación de frecuencia en función de velocidad
de arrastre
Relación de la tensión de salida en función
de la corriente de excitación
Velocidad de giro (rpm) Frecuencia (Hz) Corriente de exc. (A) Tensión de salida (V)
200
500
750
1000
1500
2000
8. Desconecta el conjunto.
9. Conecta el voltímetro y el frecuencímetro entre dos fases diferentes y comprueba que se obtienen resultados
similares a los anteriores.
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211. 210 Unidad 5
HERRAMIENTAS
• Todas las herramientas utilizadas en
práctica profesional 1 de la Unidad 4
• Bobinadora manual y accesorios
• Moldes para bobinadora
• Útiles para la limpieza de ranuras
• Soldador rápido
• Peladora de hilo esmaltado
MATERIAL
• Estator de una máquina asíncrona
• Cartón aislante para ranuras
• Tubo flexible
• Hilo esmaltado de bobinar
• Alambre plano de atar
• Cuerda de bramante o cinta de atar
• Rotulador permanente
• Estaño
• 2 m de hilo rígido de línea
Bobinado del devanado
del estator de una máquina
de corriente alterna
OBJETIVO
Conocer la técnica para el bobinado (o rebobinado) del devanado del estator de
una máquina rotativa de corriente alterna.
PRECAUCIONES
• Utiliza guantes en las operaciones de montaje y desmontaje de la máquina.
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
Nota 1. La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista
del rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso desea
realizar el cálculo del circuito eléctrico para una máquina nueva. De este modo,
se supone que conocemos el diámetro de conductor y el número de espiras que
hay que dar para la construcción de dichas bobinas.
Nota 2. Aquí se verá un proceso genérico de ejecución de un devanado trifásico
que puede estar destinado tanto a un motor como a un alternador CA, y que
podría servir para cualquiera de los tipos de devanados que se han mostrado
como ejemplo en la unidad.
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
DESARROLLO
1. Desmonta la máquina siguiendo la técnica vista en la práctica profesional 1 de la Unidad 4. No olvides lo siguiente:
a. Retirar las chavetas y cubrir el hueco con cinta aislante para evitar cortes.
b. Marcar la posición de los escudos con un rotulador indeleble para que en el montaje no haya problemas de ajuste.
c. Utilizar un extractor para retirar cojinetes, escudos, ventiladores y cualquier elemento del eje que sea necesa-
rio extraer para desmontar la máquina.
d. Si la máquina es un alternador, ten en cuenta que antes de desmontar los escudos debes retirar las escobillas.
e. Para que no se extravíen, guarda en una gaveta todos los elementos que vayas quitando.
a Figura 5.93. Motor desmontado. a Figura 5.94. Alternador desmontado.
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212. Máquinas rotativas de corriente alterna 211
2. Toma el estator y retira de las ranuras cualquier resto del bobinado anterior utilizando útiles de limpieza, tales
como rascadores, cepillos metálico o limas redondas de picado fino.
a Figura 5.95. Útiles de limpieza de ranuras. a Figura 5.96. Detalle del proceso de limpieza.
Preparación del estator
3. Con una cinta métrica mide la longitud de una ranura del rotor. Debes dar aproximadamente 1 cm más de largo
para luego hacer un par de dobleces en los extremos.
4. Corta una tira de cartón aislante de aproximadamente el perímetro interno de una ranura. Haz varias pruebas
hasta conseguir el tamaño adecuado.
5. Toma las medidas y corta con la guillotina tantas tiras de cartón aislante como ranuras tenga la armadura.
6. Realiza un doblez de unos 5 mm en los extremos más estrechos de la tira aislante para reforzar los bordes de la
ranura.
a Figura 5.97. Preparación de los aislantes de ranura.
7. Dobla cada una de las tiras longitudinalmente de forma que se adapte al interior de las ranuras y viste todo el ro-
tor. Es importante realizar adecuadamente esta operación, ya que de ello depende el buen aislamiento eléctrico
de la máquina.
a Figura 5.98. Aislamiento de las ranuras del estator.
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213. 212 Unidad 5
Construcción de las bobinas
8. Utilizando un hilo rígido de 1 mm2
se toma medida del ancho de bobina en función del esquema del devanado.
Si es de tipo concéntrico, la medida a tomar debe ser la de la bobina más pequeña del grupo; si es excéntrico, la
misma medida sirve para todas las bobinas del devanado. Debes tener en cuenta que la medida a tomar debe
hacerse para que las espiras no queden demasiado justas, pero también para que las cabezas de los grupos no
se salgan fuera de la carcasa de la máquina.
a Figura 5.99. Ejemplo de técnica para tomar la medida del tamaño de una bobina.
9. Coloca sobre la bobinadora los moldes (concéntricos o excéntricos) que sean necesarios para el devanado a
ejecutar.
10. Inserta el hilo con la medida entre las dos piezas del molde y ábrelas hasta que se ajusten a él.
11. Sigue la técnica vista en la práctica profesional de la Unidad 2 para la construcción de bobinas mediante una
bobinadora manual y moldes preformados.
a Figura 5.100. Apertura de los
moldes en la bobinadora para el
tamaño de la bobina.
a Figura 5.101. Ejemplo de construcción de bo-
binas para un devanado concéntrico.
a Figura 5.102. Ejemplo de grupo con-
céntrico de tres bobinas.
12. Si el grupo tiene más de dos bobinas, ten la precaución de que la espira de paso de unas a otras esté del
mismo lado.
13. Construye todas las bobinas con el mismo número de espiras.
PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)
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214. Máquinas rotativas de corriente alterna 213
14. Antes de sacarlas de molde, ata las espiras con la cuerda de bramante con la cinta de atar para evitar que se
desmonten cuando estén fuera de él.
15. Construye todos los grupos de bobinas que requiere el devanado.
Ejecución del devanado
16. Con un rotulador indeleble marca en el estator la ranura que servirá como referencia. Ranura número 1. Es
importante llevar un cómputo correcto de la ranura de referencia, así no cometeremos errores en el proceso.
17. Comienza la ejecución del devanado siguiendo el esquema de derecha a izquierda.
18. Inserta un grupo de bobinas en el hueco del estator teniendo la precaución de que sus terminales estén por el
lado en el que la carcasa tiene el hueco para realizar las conexiones en la caja de bornes.
19. Aplasta el haz de la bobina de forma que la puedas insertar hilo a hilo en el interior de la ranura.
Hueco para pasar los
terminales del devanado
a la caja de bornes
Terminales de las bobinas
a Figura 5.103. Inserción y colocación de las bobinas en
el interior del estator.
a Figura 5.104. Detalle de la colocación de los hilos
para su mejor inserción.
20. Ten la precaución de que ninguno de los hilos quede por detrás del aislante de ranura.
21. Inserta todo el grupo con el paso de ranura mostrado en el esquema.
22. Ten la precaución de no haber girado ninguna de las bobinas del grupo y de que todas ellas se han insertado
siguiendo el mismo sentido del hilo.
Espira de unión
entre bobinas
del mismo grupo
Mal
a Figura 5.105. Inserción correcta de bobinas. a Figura 5.106. Inserción incorrecta de bobinas.
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215. 214 Unidad 5
Concreción en un devanado de tipo concéntrico
23. Si el devanado es de tipo concéntrico como el mostrado a continuación, se deben insertar los grupos en el or-
den indicado. Cierra cada ranura con una cuña de dimensiones adecuadas para evitar que las espiras salgan al
exterior. Debe tenerse en cuenta que las bobinas que se encuentran en las ranuras 1 y 2 deben levantarse para
poder peinar el devanado.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1
U2
V1 W1
W2 V2
1 2 3 4 5 6
a Figura 5.107. Ejemplo de un devanado concéntrico trifásico de 24 ranuras 4 polos.
24. Para insertar el último grupo (el número 6), que es el que cierra el devanado, es necesario levantar los lados
activos de las ranuras 1 y 2 pertenecientes al primer grupo y superponerlos sobre los dos del último.
6
3
5
4
2
1 Se cierra
el devanado
Meter
Sacar
Se sacan los dos primeros
haces del grupo 1
Meter
a Figura 5.108. Proceso de ejecución del bobinado de tipo concéntrico.
Concreción en un devanado de tipo excéntrico
25. Si el devanado es de tipo imbricado de una capa, el procedimiento para cerrar el devanado es similar al de tipo
concéntrico. En este caso se deben ir introduciendo sucesivamente las bobinas que empiecen en ranuras impares.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 U2
V1 V2
W1
W2
a Figura 5.109. Devanado imbricado de una capa trifásico de 24 ranuras y 4 polos.
26. Al llegar a las dos últimas bobinas, se dejan sin meter en las ranuras los haces de entrada. Se deben levantar las
bobinas que ocupan las ranuras 2 y 3 e insertar los haces de las ranuras 2 y 4.
PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)
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216. Máquinas rotativas de corriente alterna 215
27. Una vez hecho esto, se vuelven a colocar las bobinas iniciales, de este modo el devanado queda completamente
cerrado.
Levantar
Meter
Meter
a Figura 5.110. Ejecución del devanado imbricado de una capa.
Conexión de los grupos
28. Siguiendo el esquema del devanado, y utilizando la técnica de soldadura vista en la práctica profesional 2 de la
Unidad 4, realiza las conexiones entre los grupos de los diferentes devanados. Luego etiqueta con cinta adhe-
siva blanca cada uno de los terminales del devanado.
1
3 5
7
9
11
13
15
17
21
19
23
U1
U2
V1
V2
W1
W2
Unión 7-13
Unión 11-17
Unión 15-21
1 5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
U1 V1
W1
3
19
20
21
23
U2
V2
W2
Unión 10-16
Unión 14-20
Unión 15-21
Unión 11-17
Unión 6-12
Unión 7-13
a Figura 5.111. Conexiones de devana-
do concéntrico.
a Figura 5.112. Conexiones de devanado
imbricado de una capa.
29. Conecta cada una de las terminaciones del devanado a sus bornes correspondientes de la caja de bornes. Aislar
con tubo flexible el conductor en todo su recorrido y llevarlo por el contorno del devanado para que no estorbe
al rotor. No olvides retirar el esmalte de hilo para realizar las conexiones en los bornes. Finalmente, cose fuerte-
mente con cinta o cuerda de bramante todo el devanado.
a Figura 5.113. Ejecución del deva-
nado.
a Figura 5.114. Encintado del con-
junto.
a Figura 5.115. Devanado montado y
barnizado.
30. A falta de barnizar el conjunto, el devanado se puede considerar finalizado. Antes de pasar a su montaje final y
puesta en marcha, se deben realizar las comprobaciones indicadas en la práctica profesional 4 de esta unidad.
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217. 216 Unidad 5
HERRAMIENTAS
• Herramientas de electricista
• Bobinadora manual y todos
sus accesorios
• Devanador, micrómetro y polímetro
• Rotor de alternador de 4 polos
• Soldador y peladora de hilo esmaltado
• Cepillos, rascadores, limas redondas
de picado fino, etc.
• Guillotina de cartón
MATERIAL
• Rotulador permanente
y cartón aislante
• Cuñas rígidas para cierre de ranuras
• Hilo esmaltado de bobinar
• Alambre plano de atar
• Estaño
• Cinta de carrocero de 2 cm da ancho
• Cuerda, cinta o bridas de correderas
Bobinado del inductor
de un alternador
OBJETIVO
• Conocer la técnica para el bobinado (o rebobinado) del devanado inductor
de un alternador.
PRECAUCIONES
• En las operaciones de limpieza de ranuras debes evitar dañar la chapa mag-
nética del interior.
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
Nota. La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista
del rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso se de-
sea realizar el cálculo del circuito eléctrico del inductor para una máquina nueva.
Se presupone que el diámetro de conductor y el número de espiras que hay que
utilizar para la construcción son datos conocidos.
PRÁCTICA PROFESIONAL 3
DESARROLLO
Preparación del rotor
1. Para preparar el rotor sigue los pasos vistos en la práctica profesional 3 de la Unidad 4. Según lo estudiado en
dicha unidad, debes recordar lo siguiente:
a. Eliminar, utilizando los utensilios de limpieza, cualquier rastro del antiguo devanado y de sus aislantes. Para
ello es aconsejable que fijes el rotor en un soporte adecuado.
b. Coloca los aislantes en cada una de las ranuras. Comprueba, también, con un polímetro que no existe conti-
nuidad entre los dos anillos, y entre estos y cualquier elemento metálico del tambor y del eje del rotor. Final-
mente, cubre con cartón aislante la parte del eje sobre la que se van a apoyar las cabezas del devanado.
400 mA
MAX
500 V MAX
1000 V
750 V
TTL
Aislante flexible Aislante flexible
a Figura 5.116. Comprobación del aislamiento. a Figura 5.117. Aislamiento de ranuras.
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218. Máquinas rotativas de corriente alterna 217
Bobinado del rotor
2. Diseñar el esquema del devanado sabiendo que es un inductor de 4 polos, cuyo tambor dispone de 4 dientes lisos y
que por cada grupo requiere dos bobinas. Hay que tener en cuenta que para este tipo de rotor es necesario ejecutar
un devanado de tipo concentrado, es decir, cada grupo de bobinas formará un polo por cada uno de los dientes li-
sos que tiene el tambor. Como para cada polo se dispone de cuatro ranuras, se ha de diseñar un devanado formado
por cuatro grupos de dos bobinas cada uno, cuya conexión es la mostrada en el siguiente esquema:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
S N S N
s q
a Figura 5.118. Esquema del devanado inductor para un alternador de 4 polos.
3. Toma la medida de la bobina más pequeña de cada grupo.
Hilo rígido
de 1 mm2
a Figura 5.119. Toma la medida de la bobina más pequeña del grupo.
4. Saca el hilo y colócalo en los moldes en la bobinadora como ya se ha visto anteriormente. Construye los cuatro grupos
de bobinas concéntricas e insértalos en sus ranuras correspondientes. Ten en cuenta que cada grupo debe tener en
el centro de sus bobinas el diente liso de su correspondiente polo y, además, que los terminales de las bobinas deben
quedar por el lado de los anillos. Finalmente, cierra las ranuras con cuñas para evitar que el hilo salga al exterior.
Grupo de
bobinas
Diente liso del polo
Cuñas para el cierre
de ranuras
a Figura 5.120. Inserción de un grupo de bobinas.
5. Completa el devanado de la armadura. Después realiza la conexión entre los grupos según el esquema. Utiliza la
técnica de soldadura y cubre las uniones con tubo flexible de fibra de vidrio.
6. Conecta los dos hilos de los extremos del devanado a los bornes de los anillos. Utilizando cuerda o cinta de algo-
dón, ata las cabezas de las bobinas. En esta ocasión, y siempre que no moleste al giro del rotor, puedes utilizar
bridas de corredera para realizar esta función.
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219. 218 Unidad 5
MUNDO TÉCNICO
Variación de velocidad en motores de inducción
La regulación de velocidad en máquinas eléctricas ro-
tativas siempre ha sido una necesidad industrial. Hasta
los años 60 del siglo XX, para conseguir sistemas re-
gulables eficientes se recurría a motores de corriente
continua cuya velocidad se regulaba mediante volu-
minosos reóstatos, que eran mayores cuanto mayor lo
era también la potencia de las máquinas. El desarrollo
de la electrónica de potencia, basada en rectificadores
de silicio controlados, sustituyó dichos reóstatos por
sistemas mucho menos aparatosos y operativos. No
obstante, las máquinas de corriente continua tiene el
hándicap de disponer de un sistema de conmutación
(el colector y las escobillas) que es necesario mantener
de forma continuada.
Desde el punto de vista del mantenimiento, los moto-
res de corriente alterna con rotor en cortocircuito pre-
sentan numerosas ventajas respecto a los de corriente
continua. Sin embargo, como el control de velocidad
depende directamente de la frecuencia de la red de ali-
mentación y del número de pares de polos de la máqui-
na, no es posible ejecutar esta operación de forma tan
inmediata como en los motores de CC.
Una de las primeras soluciones que se dio a este pro-
blema consistió en diseñar el devanado de la máquina
de tal forma que fuera posible cambiar el número de
polos permutando la conexión en su caja de bornes.
Este tipo de motores, denominados Dahlander, dispo-
nían de dos o tres posibles velocidades y requería un
complejo sistema de arranque basado en contactores
y relés. Si bien algunos fabricantes de motores aún dis-
ponen de este tipo de máquinas en sus catálogos, en la
actualidad la tendencia es a su desaparición.
Parece claro que la mejor forma de regular la velocidad
de un motor de corriente alterna es actuando sobre la
frecuencia de la red de alimentación. No obstante, esto
no ha sido posible hasta que no se han desarrollado (y
abaratado) los sistemas de electrónica de potencia. La
evolución de los variadores de frecuencia ha permitido,
desde el punto de vista del técnico instalador, que la
regulación de la velocidad en un motor de corriente
alterna sea una tarea enormemente sencilla.
Así, en la actualidad el variador de velocidad posible-
mente sea uno de los dispositivos más utilizados en
la industria, no solo por su principal función, la de re-
gulación de velocidad, sino porque permiten que los
motores arranquen de forma progresiva sin necesidad
de utilizar otros sistemas como el estrella-triángulo o
el autotransformador. Además, facilitan la ejecución
de maniobras, como pueden ser la inversión del sen-
tido de giro o el frenado por inyección de corriente
continua, sin recurrir a circuitos externos de relés o de
contactores.
a Figura 4.121. Variador de velocidad para un motor de inducción.
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220. EN RESUMEN
Máquinas rotativas de corriente alterna 219
EN RESUMEN
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas
1. El inductor del alternador está en:
a. el estator. c. No tiene.
b. el rotor. d. en un devanado
tipo jaula.
2. Una máquina síncrona puede llegar a la velocidad
de sincronismo.
a. Verdadero. b. Falso.
3. Los motores de corriente alterna basan su funcio-
namiento en el denominado:
4. La velocidad de un motor de corriente alterna de-
pende de:
5. Un motor de rotor bobinado dispone de:
a. 3 anillos en el rotor.
b. 2 anillos en el rotor.
c. un devanado tipo jaula en el rotor.
6. Los devanados imbricados:
a. son de tipo concéntrico.
b. tienen todas las bobinas iguales.
c. solamente se utilizan en alternadores.
7. ¿En qué tipo de devanado se realiza la conexión
por polos consecuentes?
MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA (CA)
Tipos de devanado
Frecuencia
Excéntricos
Concéntricos
Máquinas sincronas Máquinas asíncronas
Ángulo eléctrico
Generador
(Alternador)
Generador
Motor Motor
Sistema de fases
Campo magnético
giratorio
Principio de funcionamiento Clasiicación de las máquinas CA
Circuito magnético Circuito eléctrico
05 Maquinas electricas.indd 219 17/07/12 08:16

221. Otras máquinas
eléctricas rotativas
6
vamos a conocer...
1. Introducción
2. Motores monofásicos
3. Motores de imanes permanentes
PRÁCTICA PROFESIONAL
Bobinado de un motor monofásico
MUNDO TÉCNICO
El motor lineal
y al finalizar esta unidad...
Conocerás otros tipos de máquinas eléctricas
rotativas.
Identificarás los devanados de los motores
monofásicos.
Diseñarás diferentes devanados para motores
monofásicos.
Conocerás cómo están constituidos los motores
sin escobillas o Brushless.
Identificarás los elementos que constituyen un
motor Paso a paso.
Construirás el devanado de un motor
monofásico de inducción.
06 Maquinas electricas.indd 220 16/07/12 12:25

222. 221
situación de partida
CASO PRÁCTICO INICIAL
Abel y Fermín llevan varios meses desmontado y reparando todo
tipos de máquinas de corriente continua y alterna. Sus destrezas
y técnicas en el bobinado y rebobinado han aumentado exponen-
cialmente en los últimos meses. No obstante, al taller han llegado
algunas máquinas rotativas difíciles de catalogar.
Por un lado han observado que los motores monofásicos están
a la orden del día. Y al contrario de lo que podría parecer, algu-
nos de ellos tiene una potencia considerable. Al desmotar este
tipo de máquinas han apreciado que solamente disponen de dos
devanados de tipo concéntrico, uno de ellos, en ocasiones, está
conectado a uno o dos condensadores, en otras a un interruptor
dispuesto en el escudo de la propia máquina. También es habitual
encontrar una especie de relé en el interior de la caja de bornes.
Por otro lado, están recibiendo motores cuya forma exterior es
muy cuadrada, y que no disponen de una caja de bornes con-
vencional, ya que las conexiones se realizan mediante conecto-
res roscados de varios pines. El rotor no tiene devanado, pero
tampoco es un rotor de jaula de ardilla como en los motores de
inducción conocidos. Se han observado en él potentes imanes, ya
que ha sido difícil su extracción al quedarse pegado en el estator.
Además, al ponerlo sobre la mesa de trabajo, varias herramientas
que se encontraban en su proximidad, ha sido atraídas de forma
inmediata.
Como curiosidad, y con ganas de ampliar sus conocimientos
de máquinas rotativas, han desmontado algunas herramientas
eléctricas y han visto cómo varias de ellas disponen de motores
diferentes, unos tienen colector de delgas y escobillas, como las
máquinas de corriente continua, y otros, en lugar de un devanado
convencional, cuentan con una bobina ejecutada en un carrete
similar a los usados en los transformadores.
1. ¿Cuáles son los motores más utilizados en entornos
industriales?
2. ¿De cuántos devanados dispone un motor mo-
nofásico?
3. ¿Qué misión tiene el interruptor que algunos motores
monofásicos poseen en uno de sus escudos?
4. ¿Por qué algunos motores monofásicos tienen una
especie de relé en el interior de la caja de bornes?
5. ¿Es igual el proceso de diseño de los devanados de un
motor monofásico al de los trifásicos o bifásicos?
6. ¿Cómo se conectan los devanados de un motor mo-
nofásico?
7. ¿Cuál es el número de polos de un motor de los de-
nominados Brushless?
8. ¿De cuántos devanados disponen los motores Brushless?
9. ¿Requieren los motores Brushless un sistema de con-
mutación?, ¿puede ser este de tipo colector con es-
cobillas?
10. ¿A qué tipo de motores pertenece un rotor que dis-
pone de numerosos dientes de imanes permanentes?
estudio del caso
Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.
06 Maquinas electricas.indd 221 16/07/12 12:25

223. 222 Unidad 6
1. Introducción
Los motores trifásicos de inducción con rotor en jaula de ardilla son los más uti-
lizados en entornos industriales, ya que presentan numerosas ventajas respecto a
otros motores. Estas ventajas son:
• Menor tamaño para una misma potencia.
• Facilidad de inversión del sentido de giro.
• Mejor rendimiento.
• No necesitan elementos auxiliares para su arranque (condensador o interrup-
tor centrífugo).
• Fácil variación de velocidad pos sistemas electrónicos.
No obstante, existen otros tipos de motores que debes conocer, pues se utilizan
en electrodomésticos, herramientas eléctricas, sistemas de climatización o en
entornos de automatización. Algunos de ellos, como los motores denominados
Brushless, están adquiriendo tanta fuerza en el mercado, que están relegando a
los de corriente continua a aplicaciones residuales.
En esta unidad se van a estudiar dos grupos de motores:
• Motores de corriente alterna monofásicos.
• Motores con imanes permanentes.
2. Motores monofásicos
Los motores monofásicos están diseñados para conectarse a un sistema de alimen-
tación monofásico (fase + neutro). En general suelen disponer de baja potencia,
aunque algunas aplicaciones, como ocurre con los utilizados en climatizadores,
rompen esta norma.
Su clasificación puede ser la siguiente:
• Motores de inducción
– De fase partida o fase auxiliar
– Motor con condensador (de arranque y/o permanente)
– Motor con relé de arranque
– Motor de espira
• Motores de rotor bobinado
– Motor universal
Los motores trifásicos de induc-
ción con rotor en jaula de ardilla
son los que más se utilizan actual-
mente en la industria.
caso práctico inicial
a Figura 6.1. Motor monofásico. a Figura 6.2. Motores de imanes permanentes.
U N
a Figura 6.3. Símbolo general de un
motor monofásico.
06 Maquinas electricas.indd 222 16/07/12 12:26

224. Otras máquinas eléctricas rotativas 223
2.1. Motores monofásicos de fase partida o fase auxiliar
Estos motores están constituidos por un circuito eléctrico y otro magnético, que
coinciden con los ya estudiados para los motores trifásicos de inducción con rotor
en cortocircuito. El circuito eléctrico se encuentra en el estator y está formado
por dos devanados de tipo distribuido. Uno de ellos es el devanado de trabajo o
principal y otro es el devanado de arranque o auxiliar. Ambos están desfasados
entre sí 90° eléctricos. Además, el devanado auxiliar está constituido por bobinas,
espiras y un conductor de menor diámetro, por lo que la impedancia entre ambos
devanados es diferente.
Un motor monofásico está diseñado para trabajar con un solo devanado (el
principal). Como con él es incapaz de arrancar por sí mismo, es necesario conec-
tar otro devanado (el auxiliar) para hacerlo funcionar durante unos instantes,
como si de uno bifásico se tratase, produciéndose así el par necesario para poder
arrancar.
El devanado de arranque o auxiliar no está diseñado (por número de espiras y
diámetro del conductor) para trabajar de forma continuada, de modo que debe
desconectarse una vez haya cumplido su función, que es el arranque del mo-
tor. Para ello se utiliza habitualmente un dispositivo denominado interruptor
centrífugo, que no es más que un contacto eléctrico, normalmente cerrado,
acoplado a uno de los escudos de la carcasa. Este se abre mediante un sistema
acoplado al eje que se desplaza debido a la fuerza centrífuga producida por el
propio giro del motor.
El interruptor centrífugo se conecta en serie con el devanado de arranque, y el
conjunto a su vez en paralelo con el devanado de trabajo. Las conexiones entre
ambos se hacen en el interior del motor y rara vez se sacan los terminales de am-
bos devanados de forma independiente a la caja de bornes.
Una representación de lo anterior se muestra en las siguientes figuras:
a Figura 6.5. Accionamiento del eje y contacto del interruptor centrífugo.
La inversión del sentido de giro se consigue permutando los dos terminales de
conexión de un devanado respecto a otro. Este tipo de motores presenta un bajo
par de arranque, por eso solamente son utilizados para aplicaciones domésticas en
las que la carga sobre su eje no resulte demasiado crítica.
Otro inconveniente que presenta este tipo de motores aparece en el interruptor
centrífugo que, como cualquier dispositivo electromecánico, sufre desgaste con
el uso y, por tanto, genera averías y fallos que pueden desembocar en un funcio-
namiento anómalo del motor. En estos casos, debido a la posición del interruptor
en la máquina, será necesario desmontar el conjunto para acceder a él y así poder
repararlo.
El circuito eléctrico de un motor
monofásico está constituido por
dos devanados, uno de trabajo y
otro de arranque.
caso práctico inicial
N
Par
Velocidad de conmutación
Par de ambos devanados
Par del devanado principal
a Figura 6.4. Curva par-velocidad de
un motor monofásico.
El interruptor que se encuentra
en el escudo de algunos motores
monofásicos se denomina interrup-
tor centrífugo y tiene como misión
desconectar el devanado de arran-
que una vez que el motor ha con-
seguido su velocidad nominal.
recuerda
06 Maquinas electricas.indd 223 16/07/12 12:26

225. 224 Unidad 6
Muchos sistemas de refrigeración y de aire acondicionado utilizan motores mo-
nofásicos de ponencia media.
Devanado de trabajo
Devanado de aranque
Int. centrífugo
L N
Devanado de trabajo
Devanado de aranque
Int. centrífugo
L N
a Figura 6.6. Conexión de los devanados de un motor de fase partida para ambos sentidos de giro.
2.2. Motor monofásico con condensador
De igual forma que los de fase partida, los monofásicos con condensador están
constituidos por dos devanados, uno de trabajo y otro auxiliar. En lugar de un
interruptor centrífugo, se conecta un condensador en serie con el devanado auxi-
liar, permitiendo así aumentar el desfase entre las corrientes de ambos devanados
y haciendo funcionar el motor como si fuera bifásico.
a Figura 6.8. Motores monofásicos con uno y dos condesadores de arranque
(Cortesía de Waylead).
Los motores de condensador pueden ser de dos tipos: con condensador de arran-
que y/o con condensador permanente.
Con condensador de arranque
Consiste en conectar un condensador de alta capacidad (entre 50 y 600 µF) en
serie con el devanado de arranque para provocar un desfase suficiente entre am-
bos devanados y así poner en marcha el motor.
El condensador debe desconectarse una vez que el motor consiga su velocidad no-
minal. Este tipo de arranque consigue un buen par, por lo que puede ser utilizado
para aplicaciones con cargas críticas.
Con condensador permanente
Consiste en conectar de forma permanente un condensador en serie con el de-
vanado auxiliar. Este condensador es de menor capacidad (hasta 60 µF) que los
utilizados solamente para el arranque, y debe ser elegido de forma cuidadosa en
función de las características del motor.
Estos motores no poseen un buen par de arranque, sin embargo, su consumo de
corriente es menor en funcionamiento continuado y logran un buen rendimiento.
a Figura 6.7. Condensador utilizado
en el arranque de motores.
Devanado de trabajo
Dev. de aranque
Int
L N
Condensador
arranque
a Figura 6.9. Motor con condensa-
dor de arranque.
Devanado de trabajo
Dev. de aranque
Condensador
permanente
L N
a Figura 6.10. Motor con condensa-
dor permanente.
06 Maquinas electricas.indd 224 16/07/12 12:26

226. Otras máquinas eléctricas rotativas 225
Motores con dos condensadores
Se utilizan para motores de gran potencia y consiste en dotar al sistema de los dos
métodos de arranque por condensador vistos anteriormente, mejorando así el par
de arranque y, en general, el rendimiento del conjunto.
En motores con dos condensadores, el de arranque debe ser desconectado de la
red de alimentación, utilizando un interruptor centrífugo o relé, una vez haya
realizado su función.
2.3. Motores con relés de arranque
El uso del interruptor centrífugo es simple y efectivo, no obstante, en tareas de
mantenimiento y reparación es necesario desmontar la máquina para acceder a
él. El uso de relés de arranque externos, que se alojan en la caja de bornes, evita
tener que realizar esta operación.
Los relés de arranque disponen de un órgano de mando (bobina) y de uno
o más contactos de utilización, pudiendo ser de dos tipos: de corriente o de
tensión.
Arranque con relé de corriente
En este arranque la bobina del relé se conecta en serie con el devanado de trabajo,
y su contacto en serie con el devanado de arranque.
Cuando se conecta el motor a la red de alimentación, la corriente aumenta
excitando la bobina del relé y cerrando su contacto. Esto permite la conexión
del devanado auxiliar y con ello el arranque del motor. Cuando este adquiere
entre el 80 y el 85% de la velocidad nominal, la corriente disminuye desacti-
vando la bobina del relé, abriendo así su contacto y desconectado el devanado
auxiliar.
Arranque con relé de tensión
El relé de arranque basado en tensión está diseñado para trabajar con motores
de dos condensadores (de arranque y permanente). En este caso la bobina del
relé funciona por tensión y se conecta en paralelo con el devanado auxiliar. Así,
cuando este recibe tensión en sus bornes, la máquina arranca (con un buen par)
mediante uno de los condensadores. La bobina del relé se excita y abre su contac-
to, desconectando dicho condensador. La excitación de la bobina se mantiene a
través del segundo condensador (el permanente) que está conectado en serie con
el devanado de arranque.
Devanado de trabajo
Relé
de corriente
Dev. de aranque
Int
Condensador
arranque
L N
Condensador
permanente
Devanado de trabajo
Dev. de aranque
Cond.
arranque
L N
Cond.
permanente
Relé de
tensión
a Figura 6.13. Esquema de conexión del relé de
corriente.
a Figura 6.14. Esquema de arranque
mediante un relé de tensión.
Devanado de trabajo
Dev. de aranque
Int
Condensador
arranque
L N
Condensador
permanente
a Figura 6.11. Motor con doble con-
densador.
a Figura 6.12. Relé de arranque
(Cortesía de JCM Controls).
N
Par
Desconexión del
condensador de Arranque
Arranque con ambos condesadores
Con condensador de
a
r
r
a
n
q
u
e
a Figura 6.15. Curva par-velocidad
en un motor monofásico de dos
condensadores.
El relé del que algunos motores
monofásicos disponen en su caja
de bornes, se utiliza para desconec-
tar el condensador de arranque.
caso práctico inicial
06 Maquinas electricas.indd 225 16/07/12 12:26

227. 226 Unidad 6
2.4. Motor de espira
También denominado de espira de sombra o espira en cortocircuito, es un motor
monofásico de inducción con una potencia muy reducida, cuyo principal campo
de aplicación se centra en la fabricación de electrodomésticos y herramientas
eléctricas de baja potencia.
El rotor es de jaula de ardilla y el estator de polos salientes. La piezas polares del
estator están divididas en dos partes, de las cuales una de ellas dispone de un ani-
llo de cobre que lo rodea de forma trasversal denominado espira de sombra. Así, la
corriente inducida sobre ella desfasa el flujo, atrasándolo lo suficiente para crear
un campo giratorio capaz de arrancar y hacer girar el rotor.
El devanado del estator suele ejecutarse sobre un carrete aislante, similar a los
utilizados para los transformadores, y en cuya ventana se introduce el núcleo
magnético.
No necesitan condensador ni interruptor de arranque como los motores estu-
diados anteriormente, por lo que resultan muy económicos. No obstante, sus
aplicaciones industriales son muy limitadas debido a su bajo par de arranque y a
su pobre rendimiento. En este tipo de motores no se puede invertir el sentido de
giro, ya que la espira de sombra lo determina de fábrica.
2.5. Motor universal
El motor universal es en realidad un motor de corriente continua que se conecta
a una red de corriente alterna con algunas variaciones. Se utiliza principalmente
para máquinas de poca potencia (no más de 1 CV) y tienen especial aplicación
en máquinas herramientas y electrodomésticos.
Como cualquier máquina de continua está constituida por el circuito inductor,
alojado en el estator, y por el circuito inducido, alojado en el rotor. En este caso
ambos devanados se conectan en serie. La corriente alterna, al cambiar de pola-
ridad en cada semiciclo, también cambia el sentido de la corriente y del campo
inductor. Por tanto, el par no cambia y el motor gira en el mismo sentido en el
que arrancó.
El motor presenta las siguientes características:
• Al tratarse de una máquina en serie tiene un buen par de arranque.
• Gran velocidad (hasta 8 000 rpm).
• Facilidad para regular su velocidad.
• Se puede invertir el sentido de giro permutando uno de sus devanados.
• Menos potencia que su equivalente en continua.
• Al utilizar corriente alterna, el chisporroteo en el colector es mayor y, por
tanto, también lo es su desgaste y el de las escobillas.
• La velocidad de giro cambia en función de la carga.
De igual forma que las máquinas de corriente continua, los motores universales
tienen el inconveniente de operar mediante un sistema de conmutación basado
en un colector de delgas y en escobillas. Por tanto, funciona con elementos
que requieren especial atención desde el punto de vista del mantenimiento y
la reparación.
a Figura 6.17. Motor de espira de
sombra.
a Figura 6.16. Sentido de giro del
motor de espira de sombra.
a Figura 6.18. Devanado del ro-
tor de un motor universal.
06 Maquinas electricas.indd 226 16/07/12 12:26

228. Otras máquinas eléctricas rotativas 227
2.6. Devanados de motores monofásicos de inducción
Todos los devanados de motores monofásicos de inducción (con la excepción de
los de espira de sombra) son de tipo concéntrico y se ejecutan de forma distribui-
da. Los devanados, el principal y el auxiliar, deben diseñarse de forma indepen-
diente. Ambos entre sí pueden estar separados o superpuestos.
Devanados separados
Son aquellos en los que las bobinas de ambos devanados no utilizan ranuras co-
munes. Las expresiones para el cálculo geométrico son las siguientes:
Devanado principal Devanado auxiliar
Número de bobinas por grupo U =
K
6p
= m Ua
=
K
12p
Número de grupos por fase Gf
= 2p Gf
= 2p
Amplitud m = U ma
=
K
3p
Paso de principios de fase Y90
=
K
4p
El proceso de diseño de los deva-
nados de un motor monofásico
de inducción es muy similar al ya
visto para los trifásicos y bifásicos.
En este caso, el cálculo geométri-
co parte de unos datos comunes,
pero utiliza expresiones diferentes
para el devanado de arranque y
para el de trabajo.
caso práctico inicial
EJEMPLO
Se desea realizar el devanado para un motor monofásico tetrapolar
en un estator de 24 ranuras. Así, los datos de partida son K=24 y p=2.
Los cálculos geométricos son:
La tabla de principios de fase es:
El esquema es el siguiente:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 Ua1
Ua2
U2
S N
N N
S
a Figura 6.20. Esquema de motor monofásico tetrapolar de 24 ranuras.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
U1
Interruptor
centrífugo U2
S N
N
a Figura 6.19. Ejemplo de un bo-
binado de motor monofásico con
devanados separados.
Ambos devanados se conectan en
paralelo insertando el interruptor
centrífugo (o condensador) en serie
con el devanado de arranque.
caso práctico inicial
Devanado principal Devanado auxiliar
Número de bobinas por grupo U = 2 Ua
= 2
Número de grupos por fase Gf
= 4 Gf
= 4
Amplitud m = 2 ma
= 4
Paso de principios de fase Y90
= 3
U1 Ua1
1 4
7 10
06 Maquinas electricas.indd 227 16/07/12 12:26

229. 228 Unidad 6
Devanados superpuestos
Son aquellos en los que las bobinas de ambos devanados coinciden en algunas
ranuras.
Si bien para ejecución de este tipo de devanados se recurre a la experiencia e
intuición del técnico bobinador, existen expresiones de cálculo que facilitan el
trabajo. En este caso es necesario elegir, antes del proceso de diseño, el número
de bobinas por grupo para cada uno de los devanados (U y Ua) y después aplicar
dicho dato en las expresiones de cálculo:
Devanado principal Devanado auxiliar
Amplitud m =
(K – 2p) · 2U
2p
ma
=
(K – 2p) · 2Ua
2p
Grupos por fase Gf
= 2p
Principios de fase Y90
=
K
4p
EJEMPLO
Se desea realizar el devanado para un motor monofásico tetrapolar en
un estator de 24 ranuras.
Así, los datos de partida son K=24 y p=2. Por otro lado, se ha decidido que las bobi-
nas por grupo de devanado principal son U=2 y las del devanado auxiliar Ua=2.
Aplicando las expresiones de cálculo geométrico tenemos los siguientes resultados:
Devanado principal Devanado auxiliar
Número de grupos por fase Gf
= 4 Gfa
= 4
Amplitud m = 2 ma
= 4
Paso de principios de fase Y90
= 3
La tabla de principios de fase es:
U1 Ua1
1 4
7 10
13 16
19 22
Y el esquema de devanados superpuestos el siguiente:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 Ua1
Ua2
U2
S N
N N
S
a Figura 6.21. Bobinado monofásico con devanados superpuestos.
Español-Inglés
Interruptores centrífugos:
centrifugal switches
Devanado de trabajo:
run winding
Devanado de arranque:
start winding
Relé de corriente:
current relay
Relé de tensión:
voltage relay
Condensador de arranque:
running capacitors
Motor monofásico:
single-phase motor
Motor de condensador
de marcha permanente:
permanent split capacitor motor
Motor de espira de sombra:
shaded-pole motor
Rotor de jaula de ardilla:
squirrel-cage rotor
Espira de cobre:
copper ring
vocabulario
06 Maquinas electricas.indd 228 16/07/12 12:26

230. Otras máquinas eléctricas rotativas 229
3. Motores de imanes permanentes
3.1. Motor Brushless
Los motores Brushless son máquinas síncronas que se caracterizan por disponer de
un buen par y una gran precisión en el posicionamiento. A pesar de necesitar un
dispositivo electrónico de control, están sustituyendo a los de corriente continua
en todos los ámbitos. Se pueden encontrar tanto en equipos informáticos (uni-
dades de disco, discos duros, etc.) como en sistemas de automatización y robótica
que requieren el control de ejes.
Un motor Brushless está formado por un circuito eléctrico trifásico en el estator
y un rotor de imanes permanentes.
El rotor
Este tipo de motor se caracteriza por no tener escobillas, de hay su nombre
(Brushless), ya que el rotor no dispone de circuito eléctrico al estar formado por
imanes permanentes de gran potencia. Estos pueden ser salientes o estar embebi-
dos en el rotor de la máquina. El número imanes debe ser par (entre 2 y 16 polos)
y deben estar alternados en polaridad (N-S-N-S, etc.).
Los imanes de rotor suelen fabricarse de neodimio-hierro-boro, que aportan un buen
rendimiento a temperatura ambiente y una alta resistencia a la desmagnetización.
Las máquinas de gran potencia utilizan un rotor, que se instala en el interior del
estator, con una constitución mecánica similar a la de los estudiados hasta ahora.
No obstante, algunos motores, especialmente los de baja potencia, disponen del
rotor externo. En este caso, el estator es el que se ubica en su interior, quedando
cerrado por la carcasa del rotor. Esta configuración es muy utilizada en motores
destinados a dispositivos informáticos.
Estator interno
Rotor externo
Imanes
a Figura 6.27. Rotor de imanes permanen-
tes (instalación interna).
a Figura 6.28. Rotor externo de máquina de
baja potencia.
a Figura 6.22. Motor Brushless in-
dustrial.
a Figura 6.23. Rotor de 6 polos. a Figura 6.24. Rotor de 4 polos. a Figura 6.25. Polos embebi-
dos o incrustados.
a Figura 6.26. Polos salientes.
S
N S
N
S
N
S
N S
N
S
N
El número de polos del motor vie-
ne determinado por el número de
polos del rotor.
caso práctico inicial
06 Maquinas electricas.indd 229 16/07/12 12:26

231. 230 Unidad 6
El estator
El estator puede ser ranurado o de dientes, el primero presenta un aspecto similar a
utilizado en motores de corriente alterna, el segundo está constituido por una serie
de piezas polares (dientes) de tipo saliente sobre las que se construyen las bobinas.
a Figura 6.29. Devanado distribuido de un
motor Brushless.
a Figura 6.30. Devanado concentrado de un
motor Brushless.
El circuito eléctrico se bobina sobre el estator y está formado por tres devanados
separados 120˚ eléctricos y, como en otros bobinados que utilizan tres devanados,
estos se pueden conectar tanto en estrella como en triángulo, teniendo en cuenta
la relación entre las magnitudes (V e I) de fase y línea.
A
c
b
a
B
C
A
B
C
a
b
c
A B C
a
b
c
Conexión estrella
Conexión triángulo
a Figura 6.31. Devanado en un estator y posibles conexiones entre ellos.
El devanado puede ser de tipo distribuido o de tipo concentrado. El primero de
ellos se ejecuta en máquinas con estator ranurado, y su diseño y montaje es similar
al ya estudiado para máquinas de corriente alterna. Por otro lado, los devanados
concentrados se construyen para bobinas individuales devanadas sobre los dien-
tes (o polos salientes de la máquina).
1 2 3 4 5 6 7 8 9
A B C a b c
Polos del rotor
Devanado del estator
N S N S N S
a Figura 6.32. Ejemplo de devanado concentrado de un Brushless de 9 dientes y 6 polos en rotor.
No hay convención para deno-
minar los terminales de los deva-
nados Brushless, no obstante es
habitual asignar a los principios
de cada fase las letras mayúsculas
A, B, C y a los finales las minús-
culas a, b, c.
saber más
Los motores disponen de tres
devanados ubicados en el estator,
separados entre sí 120º eléctricos.
caso práctico inicial
06 Maquinas electricas.indd 230 16/07/12 12:26

232. Otras máquinas eléctricas rotativas 231
El sistema de conmutación
La conmutación en los devanados se realiza mediante dispositivos electrónicos
de accionamiento (Drivers). El sistema de conmutación se encarga de generar
un campo giratorio en el circuito magnético del estator, de esta forma, los
imanes del rotor tienden alinearse con él, produciéndose su rotación y posicio-
namiento.
Driver
(Dispositivo de
conmutación
electrónica)
Motor
Sensores
A
B
C
a
b
c
Vca
a Figura 6.33. Accionamiento de un motor Brushless.
En función de la señal utilizada para la conmutación, los motores Brushless pue-
den ser de dos tipos: Brushless DC y Brushless AC.
• Motores Brushless DC. Su funcionamiento se basa en la alimentación de los
devanados mediante señales de corriente continua (DC) utilizando el disposi-
tivo de conmutación.
La conmutación se realiza alimentando dos de los extremos del devanado con
una polaridad y secuencia prefijadas. Así, cada vez que se avanza un paso en la
secuencia, el motor gira un determinado número de grados. La frecuencia con la
que se ejecutan estos pasos determina la velocidad de giro del rotor. Si se cambia el
sentido de ejecución de la secuencia, también lo hace el sentido de giro del motor.
C
A
B
a
b
c
+
- - -
-
+
C
A
B
a
b
c
+
+
C
A
B
a
b
c
+
+
C
A
B
a
b
c
- -
+
+
C
A
B
a
b
c
+
+
C
A
B
a
b
c
+
1 2 3
4 5 6
a Figura 6.35. Secuencia de alimentación de los devanados para que el rotor gire una
vuelta completa.
La posición del rotor está controlada por tres sensores de efecto Hall, uno por
devanado, que envían información al accionamiento para así conocer con
precisión cuál es el devanado que se debe conmutar.
A esta forma de alimentar el motor se le suele denominar conmutación trapezoi-
dal debido a la forma de las señales que alimentan los devanados.
La principal característica de los
motores Brushless es que no dis-
ponen de escobillas. Sin embargo,
requieren un sistema de conmuta-
ción que, en este caso, es de tipo
electrónico.
caso práctico inicial
Un servomotor es un motor que
posee, además de sus respectivos
circuitos magnéticos y eléctricos,
un sensor de posición acoplado a
su eje que permite enviar informa-
ción (por realimentación) a un sis-
tema electrónico de control o con-
mutación. Los motores Brushless se
configuran habitualmente como
servos ya que es necesario conocer
cuál es su posición angular.
Sensor de posición
Motor
Cableado
de potencia
Cableado sensor
a Figura 6.34. Servomotor.
importante
a Figura 6.36. Conexiones de un ser-
vomotor Brushless.
A
B
C
-
+
-
+
-
+
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
Paso
Vuelta Vuelta
a Figura 6.37. Conmutación trape-
zoidal para Brushless DC.
06 Maquinas electricas.indd 231 16/07/12 12:26

233. 232 Unidad 6
• Motores Brushless AC. La alimentación de los devanados se realiza mediante
un sistema de tres señales alternas desfasadas 120º eléctricos entre sí. Esta for-
ma de controlar el motor permite una mayor precisión en el posicionamiento;
sin embargo, es necesario instalar un sensor de posición angular (encoder)
en el eje de rotor, que permita conocer en todo momento su posición para así
enviársela al dispositivo electrónico de conmutación.
A esta forma de alimentar el motor se le suele denominar conmutación senoidal,
pues es la forma de las señales que se aplican a los devanados.
3.2. Motores Paso a paso (PaP)
También denominados motores de pasos, se utilizan en la industria para aplicacio-
nes de posicionamiento y control de ejes.
Necesitan un dispositivo electrónico de control, pero no requieren de sensor de
posición, por lo que resultan más fáciles y económicos de instalar que sus equi-
valentes en Brushless. Sin embargo, los motores PaP no se pueden utilizan en
aplicaciones que requieran gran velocidad o en procesos donde los movimientos
sean muy repetitivos.
Los motores PaP pueden ser de imanes permanentes o de reluctancia variable.
Motores PaP de imanes permanentes
De igual forma que otros tipos de motores, están formados por un circuito
eléctrico ubicado en el estator y por un rotor, que en este caso será de imanes
permanentes.
El rotor es de polos salientes y está formado por pequeños dientes imantados de
signo contrario dispuestos de forma alterna (N-S-N, etc.). El número de paso de
un motor depende del número de dientes del rotor, por este motivo es habitual
que los rotores se fabriquen con dos discos de dientes desfasados entre sí, para así
conseguir más resolución de paso.
El circuito magnético del estator es de polos salientes. En este caso, cada zapata
polar está dentada de forma similar a como lo está el rotor.
a Figura 6.39. Rotor de motor PaP. a Figura 6.40. Estator de motor PaP.
Estos motores disponen de un devanado de tipo concentrado, similar al visto para
motores Brushless. En función del número de bobinas y de sus conexiones, los
motores PaP de imanes permanentes pueden ser unipolares o bipolares.
El circuito eléctrico de los motores PaP unipolares está formado por dos deva-
nados con tres puntos de conexión, de los cuales uno de ellos se conecta en un
punto intermedio del devanado correspondiente. Los bipolares están formados
por dos devanados completamente independientes, con dos puntos de conexión
por cada uno de ellos.
Los rotores dentados de imanes
permanentes son característicos
de los motores denominados Paso
a paso.
caso práctico inicial
A
B
C
a Figura 6.38. Conmutación senoi-
dal para Brushless AC.
En motores PaP, ya sean unipolares
o bipolares, la alimentación de los
devanados debe hacerse mediante
una secuencia de pulsos digitales,
que debe ser generada por un dis-
positivo de control electrónico.
saber más
06 Maquinas electricas.indd 232 16/07/12 12:26

234. Otras máquinas eléctricas rotativas 233
Motores PaP de reluctancia variable
En este caso el rotor está formado por material ferrromagnético (hierro laminado) no
imantado, formando pequeños dientes que permiten su posicionamiento por pasos.
El devanado del estator está formado por tres bobinas con un punto común de
conexión. Así, cuando estas son alimentadas de forma individual mediante una se-
cuencia determinada, se crea un campo en su circuito magnético giratorio que hace
que el rotor se alinee con dicho campo, produciendo el giro del motor.
La alineación se realiza buscando el valor de reluctancia más pequeño, que se encuen-
tra cuando alguno de los dientes del rotor está próximo a un polo del estator.
B
C
com.
A
común
C
B
A
a Figura 6.43. Devanados de un motor de reluctancia variable.
En la actualidad muchos de los motores Paso a paso utilizan una configuración
mixta basada en imanes permanentes y reluctancia variable.
EJEMPLO
El siguiente ejemplo muestra la secuencia que se debe ejecutar para
que un motor PaP de tipo bipolar avance en sentido horario mediante
medios pasos.
El motor representado es muy básico, ya que dispone de 4 piezas polares en
el estator y solamente dos polos en el rotor. Por tanto, solamente puede dar 8
pasos de 45º cada uno.
N
A
C
D
B
A B C D
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1
2
3
4
5
6
7
8
-
- -
-
-
-
-
- -
-
-
-
0 0
0 0
0 0
0 0
Pasos
N
S
N
S
N
S
N
S
N
S
N
S
N
S
N
S
S
a Figura 6.41. Ejemplo de secuencia para el control de un motor PaP de imanes per-
manentes.
C
D
B
A
C
D
Común
B
A Común
Bipolar
Unipolar
a Figura 6.42. Tipos de motor PaP
de imanes permanentes.
Español-Inglés
Dientes: teeth
Diente: tooth
Par de arranque: starting torque
Motores Paso a paso:
steppers motors
Sin escobillas: Brushless
Motor de alterna: AC motor
Control de velocidad:
speed control
Accionamiento (controlador):
driver
vocabulario
06 Maquinas electricas.indd 233 16/07/12 12:26

235. 234 Unidad 6
ACTIVIDADES FINALES
1. Realiza la actividad propuesta en la práctica profesional 1 de esta unidad y realiza las siguientes comprobaciones
con el motor monofásico que en ella se ha bobinado.
Prueba 1
• Conecta los terminales del devanado principal a dos bornes. Alimenta dichos bornes de la red de alimenta-
ción y comprueba si arranca el motor. Si en la situación anterior, se gira el eje de motor con la mano, ¿qué ha
ocurrido?
Nota. Utiliza un guante para realizar la operación de giro del eje de forma manual.
Prueba 2
• En el exterior de la máquina conecta un interruptor pasante en serie con el devanado de arranque. Cierra su
contacto y conecta ambos devanados a la red de alimentación.
• Cuando haya pasado 1 segundo (aproximadamente) en el que el motor esté funcionando a velocidad nomi-
nal, desconecta el interruptor. ¿Qué ocurre con el motor?, ¿sigue girando?
Prueba 3
• Conecta un condensador de 25 μF / 400 V en serie con el devanado de arranque y conecta ambos devanados
a la red de alimentación, ¿arranca el motor?
Prueba 4
• Conecta un relé de arranque de disparo por corriente según se indica en la unidad.
• Conecta los devanados a la red de alimentación y comprueba si el motor arranca y el relé desconecta el deva-
nado de arranque una vez que el motor ha conseguido la velocidad nominal.
2. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico bipolar para un estator de 24 ra-
nuras.
3. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico de 6 polos para un estator de 24
ranuras.
4. Calcula y diseña el esquema de un motor monofásico bipolar para un estator de 18 ranuras, ¿se puede
ejecutar?
5. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico bipolar para un estator de 36 ra-
nuras.
6. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico de 3 pares de polos para un esta-
tor de 36 ranuras.
7. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico bipolar para un estator de 36 ra-
nuras, sabiendo que el devanado de trabajo debe tener 6 bobinas por grupo y el de arranque 5 bobinas
por grupo.
06 Maquinas electricas.indd 234 16/07/12 12:26

236. Otras máquinas eléctricas rotativas 235
8. Asocia cada una de las imágenes con cualquiera de los conceptos de la columna de la derecha.
entra en internet
9. Localiza en Internet información de cómo obtener un motor Brushless a partir de algún dispositivo infor-
mático en desuso y, si tienes alguno de similares características, procede a sacar su motor.
10. Busca un catálogo de motores monofásicos y di cuál es la potencia máxima que has encontrado para ellos.
1. Anillos de alternador
2. Anillos de motor asíncrono
3. Devanado conectado
4. Devanado distribuido
5. Máquina síncrona
6. Máquina asíncrona
7. Rotor bobinado
8. Rotor cortocircuito
9. Rotor de imanes permanentes
10. Motor PaP
11. Motor sin escobillas
12. Motor de espira
13. Motor universal
14. Dinamo
15. Escobillas máquina CC
16. Escobillas máquina AC
17. CC
18. AC
19. Motor monofásico
20. Realimentación
21. Imanes permanentes
22. Inducido
23. Inductor
24. Motor de inducción
25. Rotor jaula de ardilla
06 Maquinas electricas.indd 235 16/07/12 12:27

237. 236 Unidad 6
HERRAMIENTAS
• Todas las herramientas utilizadas
en la práctica profesional 1 de la
Unidad 4
• Bobinadora manual y accesorios
• Moldes concéntricos para
bobinadora
• Útiles para la limpieza de ranuras
• Soldador rápido y guantes
• Peladora de hilo esmaltado
MATERIAL
• Máquina asíncrona con rotor
en cortocircuito
• Cartón aislante para ranuras
• Tubo de fibra de vidrio flexible
• Hilo esmaltado de bobinar
(2 diámetros)
• Alambre plano de atar
• Cuerda de bramante o cinta de atar
• Rotulador permanente y estaño
• Regletas de conexión
• Alargador con manquera
de 2 x 2,5 mm2
• Condensador de 25 μF / 400 V
PRÁCTICA PROFESIONAL
Bobinado de un motor monofásico
OBJETIVO
Conocer cómo realizar el diseño del devanado y su posterior ejecución en un
motor monofásico de inducción.
PRECAUCIONES
• Utiliza guantes en las operaciones de montaje y desmontaje de la máquina,
así como para girar el eje manualmente.
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
• No toques los bornes de condensador una vez haya sido utilizado.
Nota. La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista
del rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso se
desea realizar el cálculo del circuito eléctrico del inductor para una máquina
nueva. Se presupone que el diámetro de conductor y el número de espiras que
hay que utilizar para la construcción son datos conocidos.
Para la siguiente práctica profesional puedes utilizar la máquina empleada en
alguna de las actividades anteriores destinadas al bobinado de un motor trifásico
de inducción.
DESARROLLO
1. Utilizando las técnicas vistas en las prácticas profesionales de unidades anteriores, desmonta la máquina y
prepara el estator para que esté en disposición de alojar el nuevo devanado, limpiando y aislando conveniente-
mente sus ranuras.
a Figura 6.44. Rotor de jaula de ardilla. a Figura 6.45. Estator de 36 ranuras.
2. Utilizando las expresiones de cálculo, diseña el esquema para el devanado del motor monofásico a ejecutar.
Aquí se ha considerado que el motor es de 6 polos, el estator tiene 36 ranuras y los devanados de arranque y
trabajo están separados.
06 Maquinas electricas.indd 236 16/07/12 12:27

238. Otras máquinas eléctricas rotativas 237
Devanado principal Devanado auxiliar Tabla de principios de fase
Número de bobinas por gru-
pos
U =
K
6p
=
36
6 · 3
= 2 Ua
=
K
12p
=
36
12 · 3
= 1 U1 Ua1
1 4
7 10
13 16
19 22
25 28
31 34
Número de grupos por fase Gf
= 2p = 2 · 3 = 6
Amplitud m = U = 2 ma
=
K
3p
=
36
3 · 3
= 4
Paso de principios de fase Y90
=
K
4p
=
36
4 · 3
= 3
El esquema es:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
U1 Ua1 U2 Ua2
S
N N S N S N
a Figura 6.46. Principios de fase.
3. Utilizando las técnicas vistas en unidades anteriores, toma medida de las bobinas en el estator y construye las
bobinas de ambos devanados.
4. Inserta inicialmente el devanado de trabajo en las ranuras correspondientes.
5. Utilizando la técnica de soldadura, realiza las conexiones entre grupos.
6. Inserta el devanado auxiliar sobre el devanado de trabajo.
7. Realiza las conexiones entre grupos y saca a la caja de bornes los terminales de ambos devanados.
1 4
1
31
4
U1
U2
1
31
34
4
U1
U2
Ua1
Ua2
a Figura 6.47. Inserción del
devanado de trabajo.
a Figura 6.48. Conexiones de los
grupos del devanado de trabajo.
a Figura 6.49. Inserción y conexión del
devanado de arranque.
8. Ata el devanado y monta la máquina.
9. Sobre el motor recién bobinado y montado realiza las pruebas indicadas en la actividad 1 de esta unidad.
06 Maquinas electricas.indd 237 16/07/12 12:27

239. 238 Unidad 6
MUNDO TÉCNICO
El motor lineal
El invento del motor lineal data de la última década
del siglo XIX, no obstante, durante casi un siglo no se
había dado ningún paso adelante en su desarrollo y
aplicación práctica debido, principalmente, a las difi-
cultades para su control con la tecnología de la época.
El desarrollo de la electrónica y la fabricación de imanes
permanentes de alta potencia han contribuido a su de-
sarrollo y fabricación en serie.
Un motor lineal es una máquina eléctrica que, en lugar
de generar un movimiento giratorio como las máqui-
nas estudiadas en esta obra, se desplaza longitudinal-
mente por su carcasa. Esto aporta numerosas ventajas
en algunos entornos industriales, como son los desti-
nados a robots o sistemas de control de ejes, ya que
permite un posicionamiento preciso, sin requerir com-
plejos sistemas de transmisión mecánica.
Un motor lineal está formado principalmente por dos
partes: el estator, o parte fija y el elemento móvil, que es
el equivalente al rotor en las máquinas giratorias. El es-
tator esta formado por tres devanados desfasados en-
tre sí 120º eléctricos, similares a los motores Brushless,
arrollados en núcleos de chapa magnética. El rotor no
tiene circuito eléctrico, ya que está constituido por va-
rios pares de imanes permanentes. Así, cuando los de-
vanados del estator se excitan a través de un sistema
de alimentación trifásica alterna, los campos magnéti-
cos generados interactúan con los del elemento móvil,
desplazándolo linealmente en un sentido u otro por la
guía de la carcasa, deteniéndolo en la posición deseada
cuando cesa la excitación.
Un motor lineal es un servomotor, ya que además de
disponer del circuito eléctrico que genera el movimien-
to a base de campos magnéticos, requiere la instala-
ción de un sensor de posición.
De igual forma que los motores Brushless, el funciona-
miento de los motores lineales requiere un dispositivo
electrónico para la conmutación. Este se encarga de
aplicar la alimentación con la frecuencia deseada y de
procesar las señales de los sensores de posición del pro-
pio motor.
En algunas aplicaciones los motores lineales están sus-
tituyendo a sus equivalentes neumáticos e hidráulicos,
ya que presentan algunas ventajas como son: no nece-
sitar una instalación de fluido (aire comprimido o acei-
te), son muy silenciosos, excelente precisión en el po-
sicionamiento y facilidad para la integración con otros
sistemas de control como pueden ser los PLCs.
a Figura 6.50. Motores lineales (Cortesía de Copley Motion).
06 Maquinas electricas.indd 238 16/07/12 12:27

240. EN RESUMEN
Otras máquinas eléctricas rotativas 239
EN RESUMEN
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas
1. El de fase partida es un motor:
a. trifásico. c. Brushless.
b. de imanes permanentes. d. monofásico.
2. Un motor universal es una máquina de corriente
continua, cuyos devanados se conectan en:
a. serie. b. Shunt. c. mixto.
3. El denominado condensador de arranque se pue-
de utilizar de forma permanente.
a. Sí. b. No.
4. El número de devanados de un motor Brushless es:
5. El cambio de sentido de giro de un motor de espi-
ra se realiza:
a. permutando uno de su devanados.
b. No se puede hacer.
c. cambiando la polaridad de la alimentación.
6. Cuáles de estos motores monofásicos tiene el me-
jor par de arranque:
a. El que utiliza interruptor centrífugo.
b. El que utiliza un condensador permanente.
c. El que utiliza un condensador de arranque.
7. Los motores sin escobillas son:
a. universales.
b. Paso a paso.
c. Brushless.
8. El rotor de imanes permanentes está presente en
los motores de inducción.
a. Verdadero. b. Falso.
OTRAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS
De rotor bobinado Brushless Motores Paso a paso
Superpuestos
Separados
Devanados de motores
monofásicos
Motor universal
De inducción
De fase partida
De condensador
Con relé de arranque
De espira
Motores monofásicos Motores de imanes permanentes
06 Maquinas electricas.indd 239 16/07/12 12:27

241. Y
A prontuario de cÁLcuLo
de TrAnSforMAdoreS
b prontuario de cÁLcuLo de
deVAnAdoS en CorrienTe
ConTinuA
C prontuario de cÁLcuLo de
deVAnAdoS en CorrienTe AlTernA
d eJeMpLos de deVAnAdoS
e operACioneS báSiCAS de
MAnTeniMienTo y repArACión
de MÁQuinas eLÉctricas rotativas
Y
anexos
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 240 16/07/12 12:30

242. Y
A
241
ConfigurACión de directivas de grupo en
ConfigurACión de directivas de grupo en A
prontuario de cÁLcuLo de TrAnSforMAdoreS
Y
A
diMenSioneS (mm) CHApAS e-i pArA TrAnSforMAdoreS MonofáSiCoS
proporciones respecto a C C C/2 3C 4C/2 C/2
C/2 C/2 C C/2 C/2
4·C/2
3·C
C/2
14 7 42 28 7
16 8 48 32 8
20 10 60 40 10
22 11 66 44 11
25 12,5 75 50 12,5
26 13 78 52 13
28 14 84 56 14
29 14,5 87 58 14,5
32 16 96 64 16
35 17,5 105 70 17,5
40 20 120 80 20
42 21 126 84 21
50 25 150 100 25
60 30 180 120 30
diMenSioneS (mm) CHApAS e-i pArA TrAnSforMAdoreS TrifáSiCoS
proporciones respecto a C C 4C 5C
C C C C C
4·C
5·C
C
10 40 50
16 64 80
20 80 100
25 100 125
30 120 150
35 140 175
38 152 190
40 160 200
44 176 220
50 200 250
56 224 280
60 240 300
eSTiMACión de pérdidAS en el Cobre Según poTenCiA
potencia en el secundario [VA] 7 10 15 68 75 100 120 180 250 700 1000 2000
factor de pérdidas en el cobre (KCu
) 1,3 1,25 1,2 1,1 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,03 1,025 1,015
eSTiMACión de pérdidAS en el Hierro A unA freCuenCiA de 50 Hz (W/kg)
inducción magnética 1,0 t 1,5 t 1,7 t
Chapa de grano orientado 0,58 1,24
Chapa de grano no orientado 2,3 5,4
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 241 16/07/12 12:30

243. A
242 Anexo A Y
paso 6
espiras de ambos
devanados
(transformador ideal)
N1
=
V1
4,44 · F · Sn
· B
N2
=
V2
4,44 · F · Sn
· B
paso 7 número de espiras reales N1_real
= N1
· KCu
N2_real
= N2
· KCu
paso 8 sección del hilo Sprimario
=
I1
J
Ssecundario
=
I2
J
paso 9 diámetro del hilo ∅ =
⋅
1
primario
4 S
π
∅ =
⋅
2
secundario
4 S
π
paso 10 sección real del núcleo Snr
=
Sn
Kap
paso 11
ancho de ventana (ventana
cuadrada)
A Snr
=
paso 12 número de chapas Nchapas
=
H
Echp
pronTuArio de cÁLcuLo de transForMadores (cont.)
VenTAnA del CArreTe
A 28 28 33 33 33 33 33 36 36 36 38 38 38 38 40 40 42 42 42 45 50 50 50 64
H 32 50 33 39 44 54 59 36 40 47 38 43 50 60 40 50 42 50 60 50 50 60 80 64
denSidAd de CorrienTe y rendiMienTo eSTiMAdo en funCión de lA poTenCiA
potencia ( VA) 5 10 20 50 100 200 1000 1500 2000
J (A/mm2
) 6 4 3,8 3,5 3 2,5 2 1,5 1,7
η (%) 63 71 78 84 89 93 95 96 96,5
CAlCulo del TrAnSforMAdor MonofáSiCo
paso 1
sección del núcleo para
una potencia dada
S k S
n
= ⋅
sección de núcleo para una
ventana de carrete
Sn
= A · H
paso 2
potencia para una sección
de núcleo
S
S
k
n
=
2
|
⎝
⎛
|
⎝
⎛
paso 3 corriente del primario I1
=
S
V1
paso 4 corriente del secundario I2
= η ·
S
V2
paso 5 voltios por espira Vesp
= 4,44 · F · B · sn
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 242 16/07/12 12:30

244. Y
prontuario de cálculo de devanados en corriente continua 243
devanados imbricados simples devanados ondulados
Condición de ejecución
K
p
= número entero Ycol
=
D ± 1
p
paso de ranura o de bobina YK
=
K
2p
Secciones inducidas por bobina u=
D
K
paso polar Yp
= Yk
Yp
=
K
2p
número total de secciones inducidas S = D
número de bobinas del devanado: B = K
Ancho de sección Y1
= Yk
· u
paso de conexión
Y2
= Y1
– Ycol
(en secciones inducidas)
Yconex
= Ycol
– Yk
(en ranuras)
Y2
= Ycol
– Yk
paso de escobillas Ye
=
D
2p
b
prontuario de cÁLcuLo de deVAnAdoS en CorrienTe ConTinuA
leyenda:
K número de ranuras Ycol
paso de colector
p pares de polos Y1
ancho de sección
2p números de polos Y2
paso de conexión
d número de delgas de colector Ye
paso de escobillas
Yk
paso de ranura B Bobinas del devanado
Yp
paso polar u número de secciones inducidas por bobina
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 243 16/07/12 12:30

245. 244 Anexo C Y
C prontuario de cÁLcuLo de deVAnAdoS en CorrienTe AlTernA
devanados concéntricos
Condición de ejecución
para que los devanados concéntricos puedan ejecutarse, el resultado de esta expresión debe ser el siguiente:
Kpq
=
K
2pq
• por polos. debe ser entero (ver los detalles de ejecución en la unidad correspondiente si el resultado es un número impar).
• por polos consecuentes. debe ser entero, no obstante si es un número entero más la mitad de otro, existe posibilidad de ejecución
en algunos casos (ver los detalles de ejecución en la unidad correspondiente).
Trifásicos bifásicos
Monofásicos
(devanados separados)
Monofásicos
(devanados superpuestos)
número
de polos
Bipolares Multipolares Cualquier número de polos Cualquier número de polos
conexión por polos
por polos
consecuentes
por polos por polos
Bobinado
principal
Bobinado de
arranque
Bobinado principal
Bobinado de
arranque
número de
bobinas por
grupo
U=
K
4pq
U=
K
2pq
U=
K
6p
= m Ua
=
K
12p
se elige el número
deseado
se elige el número
deseado
número de
grupos por
fase
Gf
= 2p Gf
= p Gf
= 2p Gf
= 2p Gf
= 2p
amplitud m = (q – 1) · 2U m = (q – 1) · U m = U ma
=
K
3p
m=
(K – 2p) · 2U
2p
ma
=
(K – 2p) · 2Ua
2p
principios
de fase
Y120
=
K
3p
Y90
=
K
4p
Y90
=
K
4p
Y90
=
K
4p
principios
de ciclo
Y360
=
K
p
Y360
=
K
p
Y360
=
K
p
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 244 16/07/12 12:30

246. Y
prontuario de cálculo de devanados en corriente alterna 245
C
devanados excéntricos
una capa doble capa ondulados
Tipo de conexión por polos
número de bobinas
de bobinado
B=
K
2
U = K U = K
bobinas por grupo U=
B
2pq
U=
B
2pq
condición de ejecución
(entero o entero + 0,5)
grupos por fase Gf
= 2p Gf
= 2p
paso polar Yp
=
K
2p
Yp
=
K
2p
paso de ranura
(debe ser para devanados
de una capa impar)
Yk
= Yp
Yk
= Yp
principios de fase Y120
=
K
3p
Y120
=
K
3p
leyenda:
Kpq
número de ranuras por polo y fase gf
grupos por fase
u número de bobinas por grupo m amplitud
K número de ranuras Y120
principio de fase (trifásicos)
p pares de polos Y90
principio de fase (bifásicos)
2p número de polos Y360
principio de ciclo
q número de fases Yp
paso polar
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 245 16/07/12 12:30

247. 246 Anexo d Y
d eJeMpLos de deVAnAdoS
1. devanados concéntricos trifásicos
devanado concéntrico trifásico tetrapolar para un estator de 24 ranuras
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1 U2
V1 W1
W2 V2
S N
N S
devanado concéntrico trifásico bipolar para un estator de 48 ranuras
U1 U2
V1 V2
W2 W1
N S N
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
devanado concéntrico trifásico de 4 pares de polos para un estator de 48 ranuras
U1
N S N S N S N S
U2
V1 V2
W2 W1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
Conexión por polos
ranuras (K) 24 Bobinas por grupo (u) 1
pares de polos (p) 2 grupos por fase (gf
) 4
fases (q) 3 amplitud (m) 4
principio de fase (Y90
) 4
condición de ejecución (Kpq
) 2 principio de ciclo (Y120
) 12
Conexión por polos consecuentes
ranuras (K) 48 Bobinas por grupo (u) 4
pares de polos (p) 1 grupos por fase (gf
) 2
fases (q) 3 amplitud (m) 16
principio de fase (Y90
) 16
condición de ejecución (Kpq
) 8 principio de ciclo (Y120
) 48
prinCipioS de fASe
u1 V1 W1
1 5 9
13 17 21
25 29 33
37 41 45
prinCipioS de fASe
u1 V1 W1
1 17 33
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 246 16/07/12 12:30

248. Y
d
ejemplos de devanados 247
2. devanados imbricados de una capa
devanado imbricado de una capa bipolar para estator de 36 ranuras
U1 W2 U1 U2
W1
U2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
N S
devanado imbricado de una capa tetrapolar para estator de 36 ranuras
U1 V1 V2
U2
W1
W2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
N S N S
el número de bobinas por grupo es un número entero +0,5 (en este caso 1,5). por tanto, como el número de grupos por fase es 4,
el número total de bobinas para cada fase viene dado por Bf
= 4·1,5 = 6. esto significa que es necesario hacer cuatro grupos, dos
con dos bobinas y otros dos con una sola.
Conexión por polos
ranuras (K) 32 número de bobinas (B) 18
pares de polos (p) 1 Bobinas por grupo (u) 3
fases (q) 3 grupos por fase (gf
) 2
paso polar (impar) (Yp
) 18
principio de ciclo (Y120
) 12 paso de ranura (Yk
) 17
Conexión por polos
ranuras (K) 32 número de bobinas (B) 18
pares de polos (p) 2 Bobinas por grupo (u) 1,5
fases (q) 3 grupos por fase (gf
) 4
paso polar (impar) (Yp
) 9
principio de ciclo (Y120
) 6 paso de ranura (Yk
) 8
Conexión por polos
ranuras (K) 48 Bobinas por grupo (u) 2
pares de polos (p) 4 grupos por fase (gf
) 4
fases (q) 3 amplitud (m) 4
principio de fase (Y90
) 4
condición de ejecución (Kpq
) 2 principio de ciclo (Y120
) 12
prinCipioS de fASe
u1 V1 W1
1 13 25
prinCipioS de fASe
u1 V1 W1
1 7 13
19 25 31
prinCipioS de fASe
u1 V1 W1
1 5 9
13 17 21
25 29 33
37 41 45
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 247 16/07/12 12:30

249. 248 Anexo d Y
d eJeMpLos de deVAnAdoS (cont.)
3. ejemplos de devanados imbricados de doble capa
devanado imbricado de doble capa bipolar para un estator de 12 ranuras
U1 U2
V1 W1
W2 V2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
4. ejemplos de devanados monofásicos
devanado monofásico tetrapolar con devanados para un estator de 24 ranuras
U1
N S N S N
Ua1 Ua2
U2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
devanado imbricado de doble capa tetrapolar para un estator de 48 ranuras
U1 U2
V1 V2
W1
W2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
Conexión por polos
ranuras (K) 12 número de bobinas (B) 12
pares de polos (p) 1 Bobinas por grupo (u) 2
fases (q) 3 grupos por fase (gf
) 2
paso polar (impar) (Yp
) 6
principio de ciclo (Y120
) 4 paso de ranura (Yk
) 5
Conexión por polos
ranuras (K) 48 número de bobinas (B) 48
pares de polos (p) 2 Bobinas por grupo (u) 4
fases (q) 3 grupos por fase (gf
) 4
paso polar (impar) (Yp
) 12
principio de ciclo (Y120
) 8 paso de ranura (Yk
) 11
prinCipioS de fASe
u1 V1 W1
1 5 9
prinCipioS de fASe
u1 V1 W1
1 9 17
25 33 41
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 248 16/07/12 12:30

250. Y
d
ejemplos de devanados 249
el cálculo geométrico se realiza como si de devanados separados se tratase. el devanado principal se ejecuta con normalidad; sin
embargo, para el devanado de trabajo tanto u como Y90
no son enteros y es necesario recurrir a la experiencia para el diseño.
devanado monofásico tetrapolar bitensión para un motor de 24 ranuras
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
U1
M
Condensador
de arranque
A
U2
el devanado de fuerza está formado por dos devanados montados uno sobre otro. para la mayor tensión se conectan en serie y
para la menor en paralelo.
Dev. Arranque Dev. Arranque
Dev. Trabajo Dev. Trabajo
U1
M
M
A
A
U2
U1 U2
M
A
U1 U2
U1
M A
U2
Tensión mayor Tensión menor
el diseño del devanado para dos tensiones no afecta a su cálculo geométrico.
Conexión por polos
dev.
principal
dev.
Arranque
ranuras (K) 36 Bobinas por grupo (u) 3 1,5
pares de polos (p) 2 grupos por fase (gf
) 4 4
fases (q) 1+n amplitud (m) 3 6
principio de fase (Y90
) 4,5
Conexión por polos
dev.
principal
dev.
Arranque
ranuras (K) 24 Bobinas por grupo (u) 2 1
pares de polos (p) 2 grupos por fase (gf
) 4 4
fases (q) 1+n amplitud (m) 2 4
principio de fase (Y90
) 3
prinCipioS de fASe
u1 ua
1 5,5
10 14,5
19 23,5
28 32,5
prinCipioS de fASe
u1 ua
1 4
7 10
13 16
19 22
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 249 16/07/12 12:30

251. 250 Anexo e Y
e operACioneS báSiCAS de MAnTeniMienTo y repArACión de MÁQuinas eLÉctricas rotativas
Verificación de continuidad entre devanados
permite conocer si alguno de los devanados se encuentra inte-
rrumpido eléctricamente, bien por rotura de un conductor, por
una falsa soldadura o por un defecto de conexión en la caja
de bornes. para ello se utiliza un comprobador de continuidad,
conectando las puntas de prueba en los extremos de cada uno de
los devanados. si existe continuidad, la comprobación es correcta.
Verificación de cortocircuitos entre devanados
es una prueba que se puede realizar a la vez que la anterior.
consiste en comprobar si existe continuidad entre los bornes de
diferentes devanados de la máquina. si la comprobación es posi-
tiva, significa que existe un cortocircuito interno entre devanados.
en las máquinas que utilizan chapas para puentear los bornes
de la caja de bornes, como pueden ser los motores asíncronos
de inducción, es necesario retirarla previamente para realizar
esta comprobación.
Comprobación de la ventilación
La instalación de las máquinas debe hacerse siguiendo las indi-
caciones del fabricante para que se produzca una buena refrige-
ración, evitando que las tapas y rejillas por las que circula el aire
queden obstruidas. un exceso de calor acorta la vida o puede
destruir los aislantes internos de la máquina. en aquellas máquinas
que disponen de un ventilador de tipo pasivo acoplado a su eje,
debe comprobarse que no se ha roto ninguna de sus alas. Las que
disponen de un circuito de refrigeración o aireación de tipo activo,
se debe comprobar su correcto funcionamiento.
Comprobación de la rotación
un cojinete muy gastado o un eje desequilibrado pueden pro-
vocar un giro inadecuado del eje, pudiendo producir daños
mecánicos y eléctricos en el interior de la máquina.
a Comprobación de la rotación.
una primera comprobación consiste en desacoplar el eje de la
máquina y verificar qué ocurre al girar el eje manualmente. por
otro lado, el lubricado periódico de los cojinetes y elementos en
movimiento permite alargar la vida de los mismos.
a Devanado del inductor dañado por contacto con el rotor.
Acoplamientos mecánicos
Los acoplamientos de las máquinas deben hacerse según indica
el fabricante, respetando la distancia entre ejes, la fijación de
poleas y ruedas dentadas, y el alineamiento de correas y ele-
mentos de transmisión.
E
a Acoplamientos mecánicos de una máquina rotativa (Cortesía de
Leroy Somer).
07 Maquinas electricas - Anexos.indd 250 16/07/12 12:30

252. Y
operaciones básicas de mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas rotativas 251
e
Conexiones eléctricas
La conexión eléctrica de una máquina con el exterior se realiza
a través de su caja de bornes. Las conexiones en ella deben
hacerse de forma cuidadosa para evitar posibles averías en su
interior (algunas de ellas graves) o en el circuito que la alimenta.
así se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
• Los cables deben disponer de terminales y ser del tamaño
adecuado al borne.
• Lo bornes deben estar apretados convenientemente para
evitar que los terminales realicen un mal contacto eléctrico
que pueda producir su deterioro o incendio.
• Los cables de la caja de bornes deben salir a través de pren-
saestopas o racores para así mantener el grado de protección
de la máquina.
a Conexión de bornes (Cortesía de Leroy Somer).
Verificación del aislamiento
antes de instalar una máquina que ha sido rebobinada o una
máquina nueva que ha estado almacenada durante un largo
periodo de tiempo, es necesario verificar su aislamiento con el
megaóhmetro. La prueba debe realizarse durante al menos 1
minuto a 500 v y el resultado no debe ser inferior a 10 MΩ.
Máquinas que ha estado sometidas en un am-
biente excesivamente húmedo
en este tipo de máquinas el resultado de la prueba de aisla-
miento puede ser desfavorable debido a la humedad que se
haya acumulado en su interior. para descartar que la falta de
aislamiento no sea producto de otro tipo de anomalías, es
necesario deshidratar el estator de la máquina con una estufa
de secado entre 24 y 32 horas a un máximo de 139 °c.
fijación de la máquina
La fijación de la máquina a su bancada puede parecer una tarea
trivial; sin embargo, una mala sujeción puede tener consecuen-
cias nefastas para ella o para el entorno en el que se encuentra
instalada.
una mala instalación puede producir un exceso de vibraciones,
que pueden generar deterioro en el eje de rotación, desco-
nexión eléctrica de bornes, descentrado del rotor, etc. es nece-
sario fijar conveniente las patas a la bancada y, si el fabricante
lo indica, efectuar la nivelación correspondiente.
en máquinas con escobillas
Las máquinas que utilizan escobillas requieren una atención
especial en tareas de mantenimiento, ya que deben ser cam-
biadas en el momento adecuado, para evitar así problemas
mayores. además, el colector de delgas o de anillos sobre el
que hacen contacto debe limpiarse periódicamente, ya que un
exceso de carbonillas puede producir mayor chisporroteo, redu-
ciendo la vida del conjunto de conmutación.
a Cambio de escobillas. a Escobillas deterioradas en un
alternador.
a Colector sucio. a Colector limpio.
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253. EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
SOLUCIONES
Unidad 1
1. Tierras raras.
2. a.
3. El teslámetro.
4. b.
5. Corrientes torbellino.
6. b.
7. c.
Unidad 2
1. b.
2. b.
3. Clase térmica.
4. b.
5. c.
6. a.
7. Soldadura blanda.
Unidad 3
1. a y c.
2. b.
3. c.
4. b.
Unidad 4
1. b y c.
2. b.
3. Línea neutra.
4. c.
5. b.
Unidad 5
1. b.
2. a.
3. Campo giratorio.
4. De la frecuencia y el número de polos.
5. a.
6. b.
7. Máquinas trifásicas de más de dos polos.
Unidad 6
1. d.
2. a.
3. b.
4. Tres.
5. b.
6. c.
7. b y c.
8. b.
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254. Editorial Editex, S. A. ha puesto todos los medios a su alcance para reconocer
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