Análisis, diagnóstico, rediseño y control electrónico de motores eléctricos de CA por computadora

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F I M E

UNIVERSIDAD AUTONOMA

DE

NUEVO LEON

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y

ELECTRICA

DIVISION DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

POR-ING. ARMANDO PAEZ ORDOÑEZ

T E S I S

EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN

CIENCIAS DE LA INGENIERIA CON

ESPECIALIDAD EN POTENCIA

c v t T - S f f í o

T N \

F O N D O

Universidad Autónoma de Nuevo León

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

División de Estudios de Postgrado

Los miembros del comité de tesis recomendamos que la tesis Análisis,

Diagnostico, rediseño v control electrónico de motores eléctricos de C

.A.

por

computadora realizada por el Ing. Armando Páez Ordóñez sea aceptada para

su defensa como opción al grado de Maestro en ciencias de la Ingeniería

Eléctrica con especialidad en Potencia

El comité de tesis

M.C. Agustín Iglesias Torres

M.C. RQBÉRTO VILLARREAL GARZA

División de Estudios de Postgrado

PROLOGO

Diciembre de 1997

La combinación de las computadoras y la electrónica de Potencia le ha dado un nuevo giro a

la aplicación, análisis, diagnostico de verificación,redi seño y control de los motores

eléctricos de C.A. El Presente proyecto consiste en el desarrollo de software y equipo

auxiliar de bajo costo para:

(Bajo norma NEMA, IEC, JEC, IEEE, AWG, EASA, ASTM.)

(para motores industriales de cualquier capacidad)

A) Analizar el funcionamiento de motores industriales de C A y CD calculando el Par,

R .P.M., Eficiencia, Factor de potencia, Deslizamiento, Ampers, Potencia de entrada etc.

. a diferentes HP'S de salida sin uso de dinamómetro y Graficar estos .

B) Diagnosticar, verificar, y corregir las especificaciones de motores de CA.

C) Rediseñar un embobinado de un motor de CA para nuevas condiciones de operación

(NUEVOS HP'S, R.P.M, VOLTAJE, FRECUENCIA, ETC.)

D) Diseño de un embobinado para un núcleo sin datos.

E) Prueba Computarizada de la laminación y del motor en general.

F) ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE CONTROL ELECTRÓNICO

COMPUTARIZADO DE MOTORES DE . CA PARA EL AHORRO DE ENERGÍA

ELÉCTRICA.

OBJETIVOS Y METAS

Desarrollar el software con un método económico para analizar, diagnosticar, verificar y

rediseño motores eléctricos industriales de cualquier capacidad. Con énfasis en el ahorro de

energía.

El desarrollo de estos programas se inicio realmente desde hace 20 años, como una

necesidad en la asesoría de un servidor en mas de 40 empresas del país.

Estos programas se han estado utilizando satisfactoriamente en mas de 25 empresas del país.

Comprobar en la practica real los procedimientos establecidos en el software

Métodos de calculo bajo normas Internacionales reconocidas utilizando métodos economi

eos.

Que los alumnos aprendan y apliquen las técnicas de Análisis y rediseño computarizado de

motores eléctricos de alta eficiencia con énfasis en:

* Utilización de computadoras para su análisis y diseño.

* El ahorro de energía eléctrica.

* Contaminación ambiental.

* Control de calidad.

* Aplicación de las normas nacionales e internacionales y pueda aplicar esto en su vida

profesional.

El efecto de este proyecto en la contaminación ambiental radica en la sustitución de motores

de combustión interna por eléctricos en el transporte (Vehículos eléctricos tales como:

trenes, metro, automóviles, camiones, etc.)

* Prestar este servicio a la industria.

* EL PODER HACER EN MENOS DE 5 MINUTOS UN DIAGNOSTICO DE UN MOTOR DE

INDUCCIÓN TRIFASICO Y VERIFICAR SI SON CORRECTAS LAS ESPECIFICACIONES DEL

EMBOBINADO. ERRORES EN TOMAR LOS DATOS DE UN MOTOR ANTIGUO QUEMADO

FRECUENTEMENTE OCURREN. EN ESPECIAL CUANDO HAY MUCHAS VUELTAS DE ALAMBRE

DELGADO. ESTOS ERRORES PUEDEN SER HECHOS POSIBLEMENTE POR CENTRO DE

REPARACIÓN ANTERIORES.

LOS CÁLCULOS DE RE DISEÑO HECHOS MANUALMENTE. GENERALMENTE REQUIEREN AL

MENOS DE

'A

DÍA DE UN DISEÑADOR CON EXPERIENCIA DE DISEÑO DE MOTORES.

EL REDISENO TAMBIÉN PUEDE REALIZARSE CUANDO SE REQUIERE CAMBIOS EN

VELOCIDAD (R.P.M.). VOLTAJE. HPS, CONEXIÓN. FASES , CALIBRES DE ALAMBRE.

Hasta ahora solo los fabricantes que manejan grandes volúmenes podrían tener un sistema

computarizado, equipo y personal para el diagnostico verificación y diseño de motores

eléctricos industriales.

Este método lo hará disponible para la mediana y pequeña industria, es común que en los

talleres de rembobinados de motores alternen los datos (vueltas y calibres) de

los motores o dañen la laminación con altas temperaturas por soplete u hornos, este meto

do permitirá verificarlos y corregirlos.

Las Universidades y tecnológicos en México no estudian el análisis, diagnostico de

verificación y re diseño de motores industriales.(CON ÉNFASIS EN EL AHORRO DE

ENERGÍA)

Modernizar y actualizar con métodos normalizados y computarizado s la aplicación industrial

y la enseñanza en las clases y laboratorios de:

* Maquinas eléctricas de inducción

* El laboratorio podrá ser autofinanciable en su mantenimiento y operación realizando

trabajos de pruebas de control de calidad de investigación.

* AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL REDI SEÑO DE MOTORES . .

INDUSTRIALES Y SUS SISTEMAS DE CONTROL ELECTRÓNICO

FIME UANL puede dar este servicio.

Para motores industriales de 100'S o 1000'S de HPS no requiere dinamómetros

costosos

Métodos de calculo bajo normas internacionales reconocidas utilizando Métodos

económicos.

Tomando como base la experiencia de un servidor a nivel nacional e internacional en el

tema se desarrollo el software siguiendo las normas y comprobándolo con casos reales en el

laboratorio y en la industria nacional.

Los programas se realizaran en TURBO PASCAL y QuickBasic. para computadoras IBM o

compatibles, los primeros programas fueron desarollados en calculadoras programables de

Texas instruments y HP

ANÁLISIS, DIAGNOSTICO, REDISEÑO Y CONTROL ELECTRÓNICO DE

MOTORES ELÉCTRICOS DE C.A. POR COMPUTADORA

CONTENIDO:

CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN

Teoría Básica de los Motores de Inducción 1

El Campo Giratorio 2

Partes Mecánicas 12

CAPITULO 2

Devanados de C.A. Polifásicos 17

Tipos de Devanados 24

Arrollamientos Polifásicos Imbricados 25

Arrollamientos Polifásicos Ondulados 34

Conexiones Y-2Y 37

Conexiones DELTA Y DOBLE DELTA 38

Diagramas Esquemáticos para Devanados Trifásicos 40

CAPITULO 3

La FEM inducida en un Devanado de C.A 44

El Factor de Distribución 44

El Factor de Paso 48

Devanados de dos Velocidades 53

M,todo Practico para realizar Diagramas de Polo Consecuente 58

Ejemplos 64

CAPITULO 4

La FMM de un Devanado de C.A 67

La FMM Alterna 67

La FMM Giratoria 73

Factores de Distribución y de Paso para las Armónicas 79

Ejemplo 79

C A P I T U L O 5

El Motor de Inducción como un Transformador 84

El MI en reposo (Devanado de Rotor Abierto) 84

El M3 en reposo (Devanado del Rotor Cerrado) 87

El MI cuando gira 89

Circuito Equivalente del MI Polifásico 90

El Diagrama Vectorial del MI Polifásico 92

CAPITULO 6

Determinación de los Par metros del MI Polifásico 93

Determinación de rl y corrección por temperatura 93

Prueba de Rotor Bloqueado (A pleno voltaje) 94

Prueba de Vacío 96

Variación de los par metros con el deslizamiento 97

Efecto de la Variación de voltaje y frecuencia en las

características del Motor de Inducción 98

Ejemplo 99

Diagrama de Flujo del Programa "Par metros del MI" 105

Prueba de Funcionamiento 106

Prueba de Saturación en Vacío 110

Características par-velocidad 111

Prueba de Elevación de Temperatura 121

Operación del Dinamametro de Conexión Ward Leonard 6-35

CAPITULO 7

RELACIONES DE POTENCIA Y PAR MOTOR DEL MOTOR DE INDUCCIÓN 126

PAR MOTOR MÁXIMO 127

CLASIFICACIÓN "NEMA" DE MOTORES DE INDUCCIÓN 128

BALANCE DE POTENCIAS, EFICIENCIA DEL MOTOR DE INDUCCIÓN 129

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA "ANÁLISIS DEL MOTOR DE

INDUCCIÓN TRIFASICO" 130

EJEMPLOS DEL PROGRAMA ANÁLISIS DEL MOTOR DE INDUCCIÓN

TRIFASICO 131

FUNCIONAMIENTO DE LA MAQUINA DE INDUCCIÓN COMO FRENO Y

GENERADOR 135

CAPITULO 8

SLMBOLOGIA 137

ARRANCADORES MAGNÉTICOS REVERSIBLES Y NO REVERSIBLES 140

ARRANQUE Y CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES POLIFASICOS DE

INDUCCIÓN 143

ARRANCADOR A TENSIÓN REDUCIDA 144

A) POR RESISTENCIAS O REACTANCIAS 145

B) POR AUTOTRANSFORMADOR 146

C) ESTRELLA - DELTA 147

D) CON UNA SECCIÓN DEL ENB OBI NADO 148

ARRANCADORES PARA MOTORES DE ROTOR EMBOBINADO 149

CAPITULO 9

CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE INDUCCIÓN

INTRODUCCIÓN 150

COMPARACIÓN ENTRE EL MOTOR DE INDUCCIÓN DE CA Y EL

MOTOR DE CD 152

SISTEMAS DE CONTROL DE CA VS CD 153

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE VELOCIDAD 154

CONTROL DE VELOCIDAD POR FRECUENCIA PRIMARIA POR MEDIO DE

INVERSORES 155

CLASIFICACIÓN DE INVERSORES 156

INVERSOR TIPO VSI FUENTE DE VOLTAJE 156

DIAGRAMA DE BLOCKS DE UN CONTROLADOR VSI PARA MOTOR DE

INDUCCIÓN 167

TRANSISTORES DE POTENCIA 168

INVERSORES CON TRANSISTORES DE POTENCIA 169

FUNCIONAMIENTO EN BAJA FRECUENCIA CON V/F INCREMENTADO

(VOLTAGE BOOST) 171

INVERSOR TIPO FUENTE DE CORRIENTE CSI 173

EFECTO DE REGENERACIÓN EN UN INVERSOR TIPO VSI Y CSI 174

DIAGRAMA DE BLOCKS DE UN CONTROLADOR PARA MOTOR DE CA

CON INVERSOR TIPO CSI 174

INVERSOR CSI CON FRECUENCIA Y ESTABILIDAD MEJORADA 175

INVERSOR TIPO PWM (MODULACIÓN DEL ANCHO DEL PULSO) 177

CONTROL COMPUTARIZADO PARA MOTOR DE CA (PWM) 177a

CONTROL POR VOLTAJE PRIMARIO 178

CONTROL DEL MOTOR CA DE ROTOR EMBOBINADO POR RESISTENCIAS

EN EL ROTOR 181

CONTROL POR LA RECUPERACIÓN DE LA ENERGÍA DEL ROTOR 184

SISTEMA KRAMER ESTÁTICO 185

SISTEMA KRAMER ESTÁTICO SIN CONMUTADOR 186a

SISTEMA SCHERBIUS 187

SISTEMA SCHERBIUS ESTÁTICO 188

SISTEMA SCHERBIUS ESTÁTICO SUPERSINCRONICO 191

MOTOR DE CA/CD SIN CONMUTADOR 194

CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES PARA LA SELECCIÓN Y APLICACIÓN

CAPITULO 10

FUNDAMENTOS EN EL REDISEÑO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE

CORRIENTE ALTERNA

Cambio de Calibres 198

Cambio en Voltaje 200

Cambio de Potencia en HP'S o KW 203

Cambio de Frecuencia 207

Cambio de Circuitos en Paralelo 210

Cambio de paso de Bobina 213

Cambio de Conexión 216

Formula Maestra 218

Notas en Cambio de Polos (VELOCIDAD) ' 220

CAPITULO II.

ANÁLISIS, DIAGNOSTICO Y REDISEÑO DE MOTORES ELÉCTRICOS CA POR

COMPUTADORA

INSTRUCCIONES BÁSICAS 224

EJEMPLO DE OPERACIÓN 229

DIAGNOSTICO MOTOR DE 125 HPS, 1800 R.P.M.

DIAGRAMA DE FLUJO PROGRAMA DIAGNOSTICO MOTOR CA 241

REDISEÑO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN 242

EJEMPLO REDISEÑO MOTOR 125 HPS DE 1800 R.P.M. A 1200 R.P.M 247

DISEÑO PARA NÚCLEO SIN DATOS MOTOR 75 HPS, 1800 R.P.M 253

DIAGRAMA DE FLUJO DISEÑO PARA NÚCLEO SIN DATOS 255

CÁLCULOS DE PRUEBA PEDIDAS DEL NÚCLEO( TOROIDE) 265

REDISEÑO UNA A DOS VELOCIDADES 269

A) PAR CONSTANTE

B) HPS CONSTANTES

C) PAR VARIABLE

ANÁLISIS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN BAJO

NORMAS JEC-37 275

CALCULO DEL EMBOBINADO DEL ROTOR 279

CONCLUSIONES 281

C A P I T U L O I

M A Q U I N A S DE I N D U C C I O N T R I F A S I C A S

T E O R I A B A S I C A DE O P E R A C I O N

En los m o t o r e s e l é c t r i c o s la c o n v e r s i ó n de e n e r g í a e l é c t r i c a

-a e n e r g í -a m e c á n i c -a tiene l u g -a r en l-a p -a r t e g i r -a t o r i -a de. l-a m -a

q u i n a . En los m o t o r e s de C . D . y en u n tipo d e m o t o r de C . A .

-la e n e r g í a e l é c t r i c a es l l e v a d a d i r e c t a m e n t e al r o t o r a t r a —

v é s de e s c o b i l l a s y un c o n m u t a d o r , s i e n d o p o s i b l e d e n o m i n a r a

é s t a m a q u i n a como un m o t o r de c o n d u c c i ó n d i r e c t a (por la f o r

-m a c o -m o se a p l i c a la e n e r g í a a e l r o t o ^ . En el tipo -m a s c o —

m u n de m o t o r de C . A . , la e n e r g í a e l é c t r i c a no es l l e v a d a d i —

r e c t a m e n t e al r o t o r ; el rotor r e c i b e su e n e r g í a i n d u c t i v a m e n

te e x a c t a m e n t e de Ja m i s m a m a n e r a en que el s e c u n d a r i o de u n

t r a n s f o r m a d o r r e c i b e su e n e r g í a . Es p o r é s t a r a z ó n que los

-m o t o r e s de éste tipo son c o n o c i d o s co-mo -m o t o r e s de i n d u c c i ó n .

P u e d e ser m u y ú t i l p e n s a r en un m o t o r de i n d u c c i ó n c o m o u n a

-c l a s e de t r a n s f o r m a d o r g i r a t o r i o , en e l -c u á l un d e v a n a d o esta^

c i o n a r i o es c o n e c t a d o a una f u e n t e de C . A . , m i e n t r a s e l o t r o

-d e v a n a -d o m o n t a -d o en u n a e s t r u c t u r a l i b r e p a r a g i r a r r e c i b e su

e n e r g í a p o r la a c c i ó n t r a n s f o r m a d o r a , m i e n t r a s g i r a . En el

-m o t o r de i n d u c c i ó n , el flujo se p r o d u c e por Jn p a r t e e x t e r i o r ,

el e s t a t o r , m i e n t r a s que la p a r t e i n t e r n a g i r a t o r i a de la m á

q u i n a , e l r o t o r es s u a r m a d u r a , e l e s t a t o r e s t á e x c i t a d o p o r

E L C A M P O M A G N E T I C O G I R A T O R I O

1.2 T E O R I A B A S I C A D E O P E R A C I O N

El m o t o r de i n d u c c i ó n d i f i e r e de o t r o s t i p o s de m o t o r e s e n que n o

hay n i n g u n a c o n e x i o n e l é c t r i c a d e l d e v a n a d o d e l r o t o r a n i n g u n a

-f u e n t e de e n e r g í a e l é c t r i c a . E l v o l t a j e y la c o r r i e n t e n e c e s a r i o s

en el c i r c u i t o d e l r o t o r son p r o d u c i d o s p o r i n d u c c i ó n d e l d e v a n a

do d e l e s t a t o r . La o p e r a c i o n d e l m o t o r d e i n d u c c i ó n d e p e n d e de

-la p r o d u c c i ó n de u n c a m p o m a g n é t i c o g i r a t o r i o .

C u a n d o u n d e v a n a d o de e s t a t o r t r i f á s i c o de u n m o t o r d e i n d u c c i o n

es c o n e c t a d o a u n a f u e n t e t r i f á s i c a , t r e s c o r r i e n t e s i n d e p e n d i e n

-tes t i e n d e n a f l u i r u n a en cada u n a de l a s fases d e v a n a d a s . . E s —

tas c o r r i e n t e s e s t a r á n d e s f a s a d a s u n a de la o t r a 120° g r a d o s eléj:

trieos; esto es, que la c o r r i e n t e en la fase A a l c a n z a su

máxijnov a l o r p o s i t i máxijnov o 120° a n t e s que la f a s e B , y la c o r r i e n t e e n la f a

-se B a l c a n z a r á su m á x i m o v a l o r p o s i t i v o 120° a n t e s q u e la f a s e C .

Se d i c e e n t o n c e s que las c o r r i e n t e s e s t á n d e s f a s a d a s en e l t i e m p o

120° a s u m i e n d o la s e c u e n c i a d e fase e l o r d e n A - B - C . L a s o n d a s de

las c o r r i e n t e s e s t á n r e p r e s e n t a d a s e n l a f i g u r a 1 . 1 . L a o p e r a

cion de u n m o t o r de i n d u c c i ó n d e p e n d e d e la d i f e r e n c i a d e v e l o c i

T E O R I A B A S I C A DE O P E R A C I O N DE L O S M O T O R E S D E I N D U C C I O N

F I G U R A 1.1

Polo del estator.

A

F I G U R A 1.3 C O R R I E N T E Y F U E R Z A S I N D U C I D A S E N E L R O T O R BAJO L A

l to'*

186V

P= Z potò*

P a r a 2 p o l o s u n a r e v o l u c i o n

en 1 c i c l o de CA

( 3 6 0 V )

r e v

2 , i . j

P 2 ciclo

P a r a 4 p o l o s u n a r e v .

en 2 c i c l o s de C A (2 X 3 6 0 " E )

S o

P = A p o l o s

E n g e n e r a l p o r c a d a c i c l o de C A h a y 2 / P r e v o l u c i o n e s

rev

c i c l o C A - 2/P

_ , c i c l b s / c a x

•

w >

, rev v , 6 0 sfe^ v

El c a m p o y el rotor g i r a n a i g u a l v e l o c i d a d

D e s l i z a m i e n t o : El rotor g i r a a m e n o r v e l o c i

-d a -d q u e e l c a m p o

A la m i s m a

v e l o c i d a d l a s ^ ^ ^ l i n e a s d e

c a m p o n o s e m u e v e n a través d e e s t e conductor del rotor

S e Induce FEM p o r q u e l a v e l o c i d a d d e l c a m p o d e l estator e s m a y o r

q u e l a d e l rotor

= V e l o c i d a d s i n c r ó n i c a fi/A . — V e l o c i d a d d e l rotor

F I G U R A 1.4 EL D E S L I Z A M I E N T O S « N S - N R

N S

N S = V E L O C I D A D S I N C R O N I C A N S « 120 f

P

F « F R E C U E N C I A EN H Z P « í P O L O S

P A R T E S M E C A N I C A S

T o d a s l a s m á q u i n a s e l é c t r i c a s d e b e n t e n e r 2 e l e m e n t o s i n d i s p e n s a ^ —

b l e s , e l f l u j o m a g n é t i c o y los c o n d u c t o r e s q u e c o n d u c e n c o r r i e n t e .

E n e l m o t o r de i n d u c c i ó n el flujo se p r o d u c e p o r la p a r t e e x t e r i o r

e l e s t a t o r , m i e n t r a s q u e la p a r t e i n t e r n a g i r a t o r i a de la m á q u i n a ,

e l r o t o r , e s s u a r m a d u r a .

E L E S T A T O R . E s l a p a r t e e s t a c i o n a r i a de un m o t o r d e i n d u c c i ó n , y

c o n s i s t e de l a m i n a c i o n e s c i l i n d r i c a s de h i e r r o r a n u r a d a s , q u e s o n

c o l o c a d a s e n u n a a r m a z ó n o c a r c a z a . L a r a z ó n p o r la c u a l e l e s t a

tor d e b e s e r l a m i n a d o , es p a r a c i r c u i t a r e v i t a r l a s c o r r i e n t e s p a

-r á s i t a s (de F o u c a l t ) en el h i e -r -r o , q u e g i -r a n p a -r a l e l a s a l o s c o n —

d u c t o r e s y que o r i g i n a n p e r d i d a s . N o o b s t a n t e , l a s c o r r i e n t e s d e

F o u c a u l t a p a r e c e n en las l a m i n a c i o n e s s e n c i l l a s y p r o d u c e n p e r d i s

d a s de c a l o r , l a s p e r d i d a s p o r c o r r i e n t e s de F o u c a u l t d e p e n d e n d e

-l a d e n s i d a d de f -l u j o , de-l n u m e r o de c i c -l o s m a g n é t i c o s por s e g u n d o ,

e l e s p e s o r de las l a m i n a c i o n e s y la calidad del h i e r r o . E l d e v s —

n a d o d e l e s t a t o r se h a c e c o l o c á n d o l o e n las r a n u r a s y s e c a d o e n un

h o r n o , e s t o p a r a q u e el d e v a n a d o q u e d e a d e c u a d a m e n t e a i s l a d o , d e s

p u é s de e s o e s t á l i s t o p a r a ser c o l o c a d o e l e s t a t o r d e n t r o de la

-c a r -c a z a o a r m a z ó n d e l m o t o r . E n la f i g u r a 1.4 se m u e s t r a la -car-ca^

za de u n m o t o r y s u e s t a t o r a n t e s de s e r c o l o c a d o , e n la f i g u r a —

1.5 se m u e s t r a la c a r c a z a de u n m o t o r c o n s u e s t a t o r y a d e b i d a m e n

F I G . 1 . 4 F í g . 1.5

E L R O T O R . E n g e n e r a l h a y d o s t i p o s de c o n s t r u c c i ó n p a r a e l r o t o r

d e u n m o t o r de i n d u c c i ó n : e l j a u l a d e a r d i l l a y e l r o t o r de f a s e

-d e v a n a -d a . E n a m b o s casos se e m p l e a h i e r r o l a m i n a -d o y r a n u r a , q u e

es c o l o c a d o a p r e s i ó n s o b r e una f l e c h a , una m a n e r a m u y c o m ú n de

c o n s t r u i r la j a u l a de a r d i l l a es c o l o c a r e l h i e r r o e n s a m b l a d o e n

u n m o l d e y v a c i a r e l m a t e r i a l c o n d u c t o r f u n d i d o d e n t r o de l a s r a

n u r a s . En las t e r m i n a l e s de las b a r r a s h a y u n o s a n i l l o s q u e c o r

to c i r c u i t a n las b a r r a s en a m b o s l a d o s . L a f i g . 1.6 m u e s t r a u n

-r o t o -r de j a u l a d e a -r d i l l a , e n e l q u e se p u e d e n a p -r e c i a -r los a n i —

F / ¿ . /•* F I G U R A 1.7

E l r o t o r de f a s e d e v a n a d o se e m p l e a c u a n d o e s n e c e s a r i o c o n t r o l a r

la v e l o c i d a d d e l m o t o r o p r o p o r c i o n a r a l a m a q u i n a u n alto p a r de

a r r a n q u e .

U n d e v a n a d o a i s l a d o s i m i l a r a l u s a d o en e l e s t a t o r e s c o l o c a d o en

l a s r a n u r a s d e l r o t o r , y l a s t e r m i n a l e s d e l d e v a n a d o son c o n e c t a

-das a los a n i l l o s r o d a n t e s . P a r a c o n t r o l a r la v e l o c i d a d y el p a r

de a r r a n q u e los a n i l l o s s e c o n e c t a n a r e o s t a t o s m e d i a n t e e s c o b i —

l i a s . L a fig. 1.8 m u e s t r a un r o t o r de e s t e t i p o .

F I G . 1.8 R o t o r de f a s e d e v a n a d a p a r a m o t o r d e i n d u c c i ó n de a l t a

SECUENCIA DE OPERACIONES EN LA FABRICACION DE GRANDES MOTORES

DE INDUCCION DE ROTOR DEVANADO.

STATORS

NUCLEO DE LUMINACIONES EMBOBINADO

LAS LAMINACIONES SON ENSAMBLADAS ^

^

^

^

^ ^

EN LA .CARCASA (FRAME)

LAS RANURA

NUCLEO DE LAMINACIONES DEL ROTOR

LAS LAMINACIONES SON ENSAMBLADAS EN

LA FLECHA (SFIDER^

EMBOBINADO DEL ROTOR

LAS BOBINAS SON INSERTADAS EN

LAS RANURAS, EL EMBOBINADO ES

Z

UNCHADO

( h i n d i n g w í r e )

CAPITULO 2

DEVANADOS DE C.A. POLIFASICOS.

Los m o t o r e s p o l i f á s i c o s de i n d u c c i ó n t i e n e n d o s d e v a n a d o s , u n o en la

p a r t e m ó v i l o r o t o r . El d e v a n a d o d e l e s t a t o r esta e m p o t r a d o en ranu_

ras en la s u p e r f i c i e i n t e r n a de la a r m a z ó n de la m á q u i n a . E l devana^

do d e l r o t o r p u e d e s e r de d o s t i p o s de fase d e v a n a d a o de j a u l a de

a r d i l l a . E n la m a q u i n a j a u l a de a r d i l l a el d e v a n a d o d e l rotor c o n

s i s t e de b a r r a s de c o b r e o a l u m i n i o e m p o t r a d a s e n r a n u r a s en la c a r

-c a z a de h i e r r o d e l r o t o r y -c o n e -c t a d a s j u n t a s en -cada t e r m i n a l por un

a n i l l o de a l u m i n i o o de c o b r e . E l r o t o r de fase d e v a n a d a es s i m i l a r

a l d e v a n a d o de u n e s t a t o r , las t e r m i n a l e s l i b r e s d e l d e v a n a d o s o n c £

n e c t a d a s a los a n i l l o s d e s l i z a n t e s .

A ) D o s c o n d u c t o r e s h a c e n u n a e s p i r a . Las e s p i r a s c o l o c a d a s tan ínti^

m á m e n t e j u n t a s q u e todas e s t á n e n l a z a d a s p o r el m i s m o f l u j o f o r m a n

una b o b i n a . De tal m a n e r a que hay b o b i n a s de una e s p i r a y de m ú l t i

-p l e s e s -p i r a s .

B ) Los D e v a n a d o s p o l i f á s i c o s g e n e r a l m e n t e son d e d o b l e capa Q s

i? b o b i n a s = $ r a n u r a s . D o s e x t r e m o s de b o b i n a p o r c a d a r a n u r a .

F I G U R A 2 . 2 D E V A N A D O D E D O B L E C A P A

C ) L o s d e v a n a d o s p o l i f á s i c o s de u n a s o l a c a p a , con u n lado de b o b i n a

en la r a n u r a , se u s a en m o t o r e s de i n d u c c i ó n p e q u e ñ o s p e r o m u y —

r a r a m e n t e en los e s t a t o r e s de e s t o s m o t o r e s .

1 9 ' í

L o s a r r o l l a m i e n t o s p o l i f á s i c o s p u e d e n s e r d e l tipo i m b r i c a d o o b i e n on

d u l a d o . E l a r r o l l a m i e n t o p o l i f á s i c o o n d u l a d o se u s a p r i n c i p a l m e n t e —

en r o t o r e s d e v a n a d o s d e tamaño m e d i a n o y m o t o r e s d e i n d u c c i ó n g r a n d e s .

F I G . 2.4 D E V A N A D O I M B R I C A D O F I G . 2 . 5 D E V A N A D O O N D U L A D O

Los a r r o l l a m i e n t o s p o l i f á s i c o s e s t á n a r r e g l a d o s en g r u p o s d e 2 ó m á s bo^

b i n a s s e n c i l l a s . Hay un grupo por p o l o y por fase, p o r esto a l grupo

se le l l a m a g r u p o p o l o f a s e . El n u m e r o tota], de g r u p o s es a p a r e n t e m e n

-te i g u a l a l n u m e r o de fases p o r e l n u m e r o d e p o l o s .

N ú m e r o s d e g r u p o s p o l o - f a s e = m P (ro es n u m e r o d e f a s e s ) . E l grupo p o l o

fase d e t e r m i n a e l n u m e r o de t r a y e c t o r i a s en p a r a l e l o d e l a r r o l l a m i e n t o .

El n u m e r o de b o b i n a s s e n c i l l a s d e l grupo p o l o f a s e s e d e s i g n a r á p o r q ,

-de m a n e r a q u e el n u m e r o t o t a l -de r a n u r a s e s t a r á d a d o p o r :

U n grupo p o l o - f a s e es la u n i d a d b á s i c a d e l a r r o l l a m i e n t o de C . A .

( D E T E R M I N A EL N U M E R O DE T R A Y E C T O R I A S EN P A R A L E L O )

En u n a r r o l l a m i e n t o de 2 c a p a s : todas las b o b i n a s t i e n e n el m i s m o claro

de b o b i n a ,

"El m á x i m o n u m e r o de t r a y e c t o r i a s en p a r a l e l o es T el n u m e r o de p o l o s .

P a r a 2 p o l o s

d e b e n h a b e r 2 g r u p o s p o r c a d a fase

en 3 f a s e s = 6 g r u p o s

C r u p o s = m x p ~ G . P . F .

M = í fases

P = tí p o l o s

en cada fase

íf g r u p o s •= # P,

bobi

ñas

g r u p o Q = if b o b i n a s « fí r a n u r a s

Q = 6 Ranuras, z C B a í . G r u p o s ** tnxp = 6 g r u p o s

OeóJ< Co-fd

m = 3 0 f. » 4 = 1 - J z L

P^r Z polos 6 G r u p o

/

J 3 ( 1 8 0 ) (F) , ( 1 8 0 X 2 )

'

p ^ ^ ~

' 3 F&V* UJ ~ RF

D e v a n a d o de r a n u r a i n t e g r a l (o c o n g r u e n t e ) £ - n u m e r o e n t e r o

D e v a n a d o d e r a n u r a f r a c c i o n a l (o n o c o n g u e n t ^ £ = n u m e r o f r a c

-c i o n a r i o

C l a r o de b o b i n a - ^ (o e s p a c i a m i e n t o d e b o b i n a )

p a s o p o l a r = § « * <>

P p

d e v a n a d o de paso c o m p l e t o = ^ (paso d i a m e t r a l ^ n o a c o r t a d o )

d e v a n a d o de paso f r a c c i o n a r i o nW< T"' ( a c o r t a d o )

F i g . 2.7 E s t r e l l a d e r a n u r a s

f a s o r i a l .

F i g . 2.9 C u r v a d e la FMI1 d e l d e v a n a d o d e l e j e m p l o a n t e r i o r

(Q=6, P - 2 , d o b l e c a p a )

T

T

T,

F i g . 2.10 D i a g r a m a e s q u e m á t i c o c i r c u l a r (3 f a s e s , 2 p o l o s c o n —

T I P O S D E D E V A N A D O S

T I P O S D E

D E V A N A D O S

D E

30 C . A .

I m b r i c a d o

e l m a s u s u a l

e n e s t a t o r e s

R a n u r a i n t e g r a l

( c o n g r u e n t e )

R a n u r a f r a c c i o n a r i a

(no c o n g r u e n t e )

O n d u l a d o , „ . . , R a n u r a i n t e g r a l

(en r o t o r e s d e v a

n a d o s d e m o t o r e s |

de t a m a ñ o m e d i a - I R a n u r a f r a c c i o n a r i a

no y g r a n d e ) *

P a s o c o m p l e t o

P a s o fraccionaric

(más c o m ú n )

P o r su v e l o c i d a d

P o l o c o n s e c u e n t e (2 v e l o c i d a d e s )

( r e l a c i ó n 2 a 1)

M o d u l a c i ó n de p o l o s (de 2 v e l o c i d a d e s )

( c u a l q u i e r r e l a c i ó n )

R o t o r e s

J a u l a a r d i l l a *

J a u l a s i m p l e

D o b l e j a u l a

J a u l a de b a r r a p r o f u n d a

R o t o r d e v a n a d o

(una c a p a en r o t o r e s de m o t o r e s p e q u e ñ o s )

A r r o l l a m i e n t o P o l i f á s i c o s I m b r i c a d o s . L a f i g u r a

2.11 m u e s t r a u n a r r o l l a m i e n t o i m b i r c a d o de d o s p o l o s , 3

fa-ses, 2 c a p a s , c o l o c a d o en 12 r a n u r a s . E l n u m e r o de r a n u r a s

p o r p o l o y p o r f a s e es q • 2, S i se a s i g n a n las r a n u r a s 1 y

2 a la f a s e I, las r a n u r a s 3 y 4 d e b e r á n a s i g n a r s e a la f a s e

I I I , las r a n u r a s 5 y 6 a la fase II, las r a n u r a s 7 y 8 d e nue_

v o a la fase I, e t c . , la r a z ó n d e la s e c u e n c i a I, III, II —

es la s i g u i e n t e .

C o n s i d e r a n d o la b o b i n a d e l l a d o s u p e r i o r en la

ra-n u r a 1, e l lado i ra-n t e r i o r de la b o b i ra-n a s e c o l o c a e ra-n la r a ra-n u r a

7, la d i s t a n c i a e n t r e a m b o s l a d o s de la b o b i n a , e l c l a r o d e

la b o b i n a es 7 - 1 s 6 r a n u r a s d e p a s o . H a y 12 r a n u r a s y 2

p « l o s , o s e a 6 r a n u r a s p o r p o l o , a s í q u e e l c l a r o de la bobjL

n a e s i g u a l .al paso p o l a r

Arrollamiento i m b r i c a d o trifásico, 2 polos. 2 c a p a s , con dos ra-n u r a * pot polo y por f a s e . Bobira-na múltiple

Todas las bobinas tienen el mismo claro de bobina,

y todas las conexiones se colocan en el mismo extremo del

-arrollamiento. Considerando las bobinas en el extremo opues_

to a las conexiones, el lado superior de la bobina 1 se conec

ta con el lado inferior de la bobina 1 + 6 = 7 ? el lado

supe-rior de la bobina 2 con el lado infesupe-rior de la bobina 2 + 6 =

8 y así sucesivamente. En éste caso se supone que la bobina

tiene más de una espira, los conectores cortos C en la c o n e —

xión final conectan la ultima espira de la primera bobina de

un grupo con la primera espira de la segunda bobina del mismo

grupo.

C-ada fase tiene 2 grupos bobina, la fase I consiste

en grupos bobina que finalizan en la, Ib e Ic, Id, igual o c u

-rre en las fases II y III. En cada caso, a o c representan

el principio de un grupo bobina, y b ó d su final.

Los principios y los finales de las tres fases d e

-ben estar desplazadas entre sí 1 2 0 ° eléctricos, o sea que la

desplazadas entre sí 120/30 = 4 ranuras, es p o r eso que si se

-toma la ranura 1 como el principio de la fase I, entonces la

fase II deberá empezar en 1 + 4 = 5 y la fase III en 5 + 4 =

9, entonces la, H a y Illa son los principios de las tres fa.

ses, pero Ic, lie y IIIc pueden tomarse también cono los prin

cipios de la 3 fases ya que también están desplazados por 120

grados eléctricos. Nótese que es el desplazamiento de los

-principios de la fase en 1 2 0 ° eléctricos el que hace la s e —

cuencia de fases I III y II.

D.C. _*

!

. i

1.0

II

D e t e r m i n a c i ó n de la dirección de la corriente en u n arrollamiento trifásico en un i n s t a n t e f i j o de t i e m p o

Figura 2.12

Para una conexión en serie de grupos bobina de una

fase, tienen que conectarse dos finales de bobina que

conduz-can corriente en direcciones opuestas entre s£? p o r otra

par-te una conexión en paralelo de grupos bobina, todos los

fina-les que conduzcan corriente en la misma dirección deben conec

tarse juntos. Por lo tanto para una conexión en serie. Ib se

conecta a Id en la fase I, Ilb a lid en la fase II y Illb a

Illd en la fase III. Para conexión en paralelo de grupos bo.

b i n a la se conecta a Id y Ib a Ic en la fase I; lía lid y Ilb

Q — 12 R a n u r a s = 12 b o b i n a s G r u p o s = roxp

Üoble. Capa s.

Cá) (z) =" 6

P 2

ta e 30

G r u p o s = 6 q m p 6 ¿ - „ ^

« J L _

e e 2 b o b i n a s

/

G r u p o s

¿

w = 6 r a n u r a s

p 2 To/e

q

- 6 R a n u r a s - \jJ (paso c o m p l e t o )

Po¿©

Q • 12 ran - 12 b o b i n a s F a s e a I

P - 2 P o l o s Fase b II

m - 3 0 F a s e c III

G r u p o s = m x p = 6

U f r

O Ha*i

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C-Í

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F i g . 2 . J 5

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V ^

CM

M

M

A r r o l l a m i e n t o s p o l i f á s i c o s o n d u a l d o s . L a f i g u r a

2 . . m u e s t r a u n a f a s e d e u n a r r o l l a m i e n t o o n d u l a d o t r i f á

-s i c o d e 4 p o l o -s , 2 c a p a -s , c o n 2 r a n u r a -s p o r p o l o y p o r f a -s e -s ;

e n l a f i g . 2 . s e m u e s t r a e l a r r o l l a m i e n t o c o m p l e t o . E n

e s t e t i p o d e a r r o l l a m i e n t o s o n n e c e s a r i o s u n m e n o r n u m e r o d e

c o n e x i o n e s q u e p a r a u n a r r o l l a m i e n t o i m b r i c a d o .

F i g . 2 . 1 8 Una fase del arrollamiento ondulado de 4 polos, 3 faees, 2 capas, do« n n u r a s por polo y por fase. Bobina de una sola espira

A r r o l l a m i e n t o J a u l a d e A r d i l l a * L o s r o t o r e s d e

l a m a y o r i a d e l o s m o t o r e s d e i n d u c c i ó n t i e n e n a r r o l l a m i e n t o s

J a u l a d e A r d i l l a d e l o s m o t o r e s q u e c o n s i s t e n d e b a r r a s soli^

d a s n o a i s l a d a s e n l a s r a n u r a s , y e s t á n c o n e c t a d a s e n c a d a

/

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Q

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i«

Arrollamiento ondulado trifásico de 4 polos, 2 caps*, con dos ra-nuras por polo y por fase. Bobina de una sola espira

C O N E X I O N E S Y y 2 Y

E s t a s c o n e x i o n e s s e r e a l i z a n e n m o t o r e s d e i n d u c

c i ó n t r i f á s i c o s q u e t i e n e n s u s d e v a n a d o s d i v i d i d o s y u s u a l

-m e n t e s o n -m o t o r e s d i s e ñ a d o s p a r a o p e r a r a c u a l q u i e r a d e d o s

v o l t a j e s , t a l e s c o m o 2 2 0 o 4 4 0 v o l t s ; e n t a l e s m á q u i n a s 9

-t e r m i n a l e s s o n s a c a d a s y n u m e r a d a s c o m o s e m u e s -t r a e n l a f i

g u r a 2 . 1 7 . P a r a l a o p e r a c i ó n d e l m o t o r d e 4 4 0 v o l t s s e

-u t i l i z a l a c o n e x i ó n Y c o n e c t a n d o e n s e r i e l a s t e r m i n a l e s T 4

y 1 1 , T 5 y T 8 j u n t a s y T 6 y T 9 j u n t a s , q u e d a n d o T I , T 2 y T 3

c o m o l a s t e r m i n a l e s q u e v a n a l a l í n e a d e a l i m e n t a c i ó n . Ta_

r a l a o p e r a c i ó n a 2 2 0 v o l t s s e u t i l i z a l a c o n e x i o n 2 Y c o n l a s

t e r m i n a l e s T 4 , T 5 y T 6 c o n e c t a d a s p a r a f o r m a r u n s e g u n d o p u ¿

to n e u t r o , y u n a l í n e a c o n e c t a d a a l a u n i o n d e T 2 y T 8 y u n a

t e r c e r a l í n e a t e r m i n a l c o n e c t a d a a l a u n i o n d e T 3 y T 9 .

T, T, Tr

E n l a c o n e x i ó n 2 Y m o s t r a d a e n l a f i g . 2 . 1 7 b l a s

-t e r m i n a l e s T A , T 2 y T 6 e s -t á n p e r m a n e n -t e m e n -t e c o n e c -t a d a s f o r

m a n d o u n s e g u n d o p u n t o n e u t r o . C u a n d o e l m o t o r e s a r r a n c a

-d o , s o l o u n a s e c c i ó n -d e l -d e v a n a -d o e s u s a -d a c o n e c t a n -d o T i , T 2

y T 3 a l a f u e n t e t r i f á s i c a , p o r e j e m p l o 2 2 0 v o l t s ; d e s p u é s

e l m o t o r s e a c e l e r a h a s t a s u v e l o c i d a d , l a s d o s s e c c i o n e s

-e s t á n j u n t a s -e n p a r a l -e l o c o m o s -e -e x p l i c ó a n t -e r i o r m -e n t -e .

C O N E X I O N E S A "í 2 A

E n l a f i g u r a 2 . 1 8 s e m u e s t r a e l d e v a n a d o d e u n

m o t o r q u e p u e d e c o n e c t a r s e e n J^ y 2 A m o s t r á n d o s e l a n u m e r a

c i ó n s t a n d a r d d e l a s t e r m i n a l e s . P a r a l a c o n e x i ó n A s o l a

-m e n t e e s n e c e s a r i o c o n e c t a r l a s t e r -m i n a l e s T 4 y T 7 , T 5 y T 8

y f i n a l m e n t e T 6 y T 9 , q u e d a n d o c o m o t e r m i n a l e s p a r a l a l í

-n e a d e a l i m e -n t a c i ó -n l a s t e r m i -n a l e s T I , T 2 y T 3 .

P a r a l a c o n e x i ó n 2 4 ® s n e c e s a r i o u n i r l a s t e r m i —

n a l e s T I , T 6 y T 7 , d e l a m i s m a m a n e r a s e u n e n l a s t e r m i n a

-l e s T 2 , 1 4 y T 8 y f i n a -l m e n t e T 3 , T 5 y T 9 , d e j á n d o s e c o m o t e r

La numeración estandard en delta y doble delta (NEMA) en

VOLTAJE

LINEAS

UNIONES

CONEXION

BAJO

T

1

2 TS

(3,9,5) (8,4,2) (1,6,7)

DOBLE

DELTA

ALTO

T

1

2 TS

(6,9) (4,7) (8,5)

DELTA

SIMPLE

D i a g r a m a s e s q u e m á t i c o s p a r a d e v a n a d o s t r i f á s i c o s

E j e m p l o : m - 3 0 P = 4 p o l o s

G r u p o s - p o l o - f a s e « m p = 12

C B

A .

B t 6

c \

\

B

/

A

v

f

- c

y*

Fig.t*sArreglo de g r u p o s

p a r a u n d e v a n a d o 01=3 fíi

ses P = 4 p o l o s

F i g . 2.2$' c o n e x i ó n e n

s e r i e (fase A ) m = 3 0

P = 4 p o l o s

F i g . ^ . z á " D i f e r e n t e s f o r m a s d e h a c e r la c o n e x i ó n en p a r ^

2. 2 4 D e v a n a d o m = 3 0 , P = k p o l o s , c u a t r o trayec^

t o r i a s en p a r a l e l o (fase A )

F i g . 2.¿i C o n e x i ó n de 9 - t e r m i n a l e s p a r a c o n e x i ó n Y - 2 V m = 30

P = 2 p o l o s .

!

y

i

F i g . 2 . 3 ^ C o n e x i ó n A - 2 A con 9 - t e r m i n a l e s , m « 30 P «• 2 p o l o s

CAPITULO 3

La FEM inducida en un Devanado de C.A

E e f = 4 . 4 4 f Ñ

c

<

c

0 10

- 8

f —» c p s , H z

Nc- » # v u e l t a s (por b o b i n a )

0 -*»Maxwells (flujo p o r p o l o )

E - * v o l t s (por b o b i n a )

E e f « 4 . 4 4 f N 0

c

E -t* v o l t s

Esta e c u a c i ó n f u e d e r i v a d a b a j o las s i g u i e n t e s c o n s i d e r a c i o n e s :

1) T o d a s las Nc v u e l t a s de la b o b i n a e s t á n e n l a z a d a s c o n el m i s m o flujo en

c u a l q u i e r i n s t a n t e .

2 ) E l p a s o de la b o b i n a es i g u a l a e l p a s o p o l a r ( 1 8 0 ° E ) ( d e v a n a d o d e p a s o

c o m p l e t o ) . E n e s t e c a s o el m á x i m o f l u j o e n l a z a d o p o r l a b o b i n a es i g u a l

a el f l u j o t o t a l p o r p o l o .

3 ) La d i s t r i b u c i ó n d e l f l u j o es s e n o i d a l

L a fem i n d u c i d a e n u n a v u e l t a d e u n a b o b i n a e s t á en f a s e c o n t o d a s las o

tras v u e l t a s d e la b o b i n a p u e s t o q u e e s t á n e n l a z a d a s p o r e l m i s m o f l u j o

-en c u a l q u i e r i n s t a n t e .

L o s f e m ' s i n d u c i d o s e n las b o b i n a s q u e f o r m a n cada g r u p o i n d i v i d u a l e s t á n

p o r e l á n g u l o (Xs (ángulo d e r a n u r a )

e j e m p i o :

m = 3 0

q = 4

« o - ( 1 8 0 ) F

-( 1 8 0 )

Q m q

<Xs =

180

= 1 5 ° E / R í l N

Q - q M P q

₀

WP

ino ?

qv*?

F a c t o r de d i s t r i b u c i ó n =

F a c t o r d e d i s t r i b u c i ó n =

F/<? 3.1

fem r e s u l t a n t e

¿7 d e las fern's d e las b o b i n a s i n d i v i d u a l e s

E r

q E<

Kd -b o -b

A7

Por lo tanto e l v a l o r efectivo de la feni p a r a u n g r u p o f o r m a d o p o r q b o b i n a s

sera:

E g = q K d Ec = 4 . 4 4 fNf¿Cí(j

10

_{0 maxuK'fe}

E - w v o l t s

Ng q N (las e s p i r a s o v u e l t a s d e un g r u p o son q v e c e s la d e u n a

-b o -b i n a ) .

E g » 4 . 4 4 f N g Kd 0 X 1 0

- 8

E g v o l t s ( v o l t a j e p o r g r u p o )

S i N = n ú m e r o d e e s p i r a s c o n e c t a d o s en s e r i e p o r f a s e , e n t o n c e s N s e r á i g u a l

a N g v e c e s e l n ú m e r o d e g r u p o s c o n e c t a d o s en s e r i e e n u n a f a s e .

Y l a f e m p o r f a s e s e r á : —

E = 4 . 4 4 f N K d 0 X 1 0 - 8 v o l t s

E - * - v o l t s ( p o r f a s e )

f - > - c p s , H z

N N ú m e r o de v u e l t a s en s e r i e p o r f a s e

0 - * M a x w e l 1 s ( p o r p o l o )

U N A T R A Y E C T O R I A

N= P N g

N= Pq N c

"a" T R A Y E C T O R I A S EN P A R A L E L O

Un g r a n v a l o r d e g d e c r e c e l a s a r m ó n i c a s d e l a f e m ' s . E l á n g u l o (Xs e n l a s a r

-m ó n i c a s s u p e r i o r e s a l a f u n d a -m e n t a l a u -m e n t a e n g r a d o s e l é c t r i c o s e n p r o p o r c i ó n

a l o r d e n d e l a a r m ó n i c a . S i es m a y o r e l d i a g r a m a v e c t o r i a l de l a s a r m ó n i

-cas t e n d r í a l o s v a l o r e s Ec n muy d e s f a s a d o s y l a r e s u l t a n t e s e r f a m e n o r ( d i s m i

5 * ^

Fig. 3.3 Efecto de q= # Bob en las a r m ó n i c a s de l a s fem's

G r u p o

E l f a c t o r de p a s o K p

E n l a m a y o r í a d e l a s M S q . d e C . A . ( s i n c r ó n i c a s y a s i n c r ó n i c a s ) e l c l a r o d e l a

b o b i n a es m e n o r q u e e l p a s o p o l a r ( e l d e v a n a d o e s d e p e s o f r a c c i o n a r i o )

A l g u n a s d e l a s r a z o n e s d e l o s d e v a n a d o s d e p a s o f r a c c i o n a r i o s o n :

a ) D e c r e c e l a l o n g i t u d d e l o s e x t r e m o s d e c o n e x i ó n , d e c r e c i e n d o l a c a n t i d a d de c o b r e u t i l i z a d o .

b ) R e d u c e l a s r e a c t a n c i a s d e l a s r a n u r a s ( d i s p e r s i ó n ) y m e j o r a l a f o r m a de -l a f e m de -l o s g e n e r a d o r e s (més c e r c a n a u n a o n d a s e n o i d a -l ) .

c ) P u e d e n s e r e l i m i n a d a s c u a l q u i e r a r m ó n i c a d e l a o n d a d e v o l t a j e como b i e n -r e d u c i -r l a s o t -r a s a -r m ó n i c a s .

d ) E n e l c a s o d e un m o t o r s e p u e d e n e l i m i n a r l o s p a r e s p a r á s i t o s p r o d u c i d o s

-p o r l a s a r m ó n i c a s .

'aso Fraccionario aso Completo

Paso c o m p l e t o ( w ) ( f f / Y ) « 1 8 0 ' E (W - T )

> »

ti |

E r = 2 E 1 = 2 E2

E l = E2 « E

n<s 3 ¿

ER = 2 E

T • # r a n u r a s c u a n d o h a y p a s o c o m p l e t o tf * ° E « 1 8 0 ° E

ÍÍ

r

E ( p a s o f r a c c ) * Kp ( E p a s o c o m p l e t o )

Kp - ( c u a n d o h a y p a s o f r a c c ) E ^ ¡ c u a n d o h a y p a s o c o m p l e t o )

Kp a _ R f Z < = i t ? _ ^

P a s o f r a c c i o n a r i o W ( ^ / T ) < 1 8 0 ° E ( W < T )

I E l = / E l / = / E2/ ( n o e n á n g u l o )

TIG 9>7

/ E l / « / E 2 / ( T r i á n g u l o i s f i c e l é s )

( H / 2 ) ( 1 Í / T ) Ran o E / R a n = ° E

S e n

( í ) ( í ) =

i

2 E

.w rf

z r

Kp = 2 E 1 Sen =

2 E l

Kp = Sen %

Tomando en c u e n t a e l f a c t o r de p a s o ( K p ) y e l f a c t o r de d i s t r i b u c i ó n ( K d ) e l -fem i n d u c i d a en un d e v a n a d o de C . A . c o n N v u e l t a s en s e r i e p o r f a s e p a r a f l u j o s i n u s o i d a l e s .

NKdp N ú m e r o de v u e l t a s e f e c t i v a s p o r f a s e E v o l t a j e p o r f a s e

0 f l u j o p o r p o l o en m a x w e l l s ( m á x i m a ) N v u e l t a s p o r f a s e

f f r e c u e n c i a en H z .

D i s t r i b u c i ó n No s e n o i d a l d e l f l u j o ( B ) a l o l a r g o de l a s u p e r f i c i e de l a a r m a -d u r a .

L o s m o t o r e s de i n d u c c i ó n p o c o : s a t u r a d o s y l o s m o t o r e s c i l i n d r i c o s de l a s m á q u i n a s s i n c r ó n i c a s t i e n e n una d i s t r i b u c i ó n d e l f l u j o c e r c a n a a l a s e n o i d e , l a m á q u i n a — s i n c r ó n i c a de p o l o s s a l i e n t e s t i e n e una d i s t r i b u c i ó n d e l f l u j o p l a n a :

Las fems a r m ó n i c a s s o n i n d e s e a b l e s . A c o r t a n d o l a s b o b i n a s s e r e d u c e n l a s a r m ó n i -cas t a m b i é n un v a l o r g r a n d e de q r e d u c e l a s a r m ó n i c a s .

E = 4 . 4 4 f N K d K p 0 X 1 0 ~8 v o l t s 0 m a x w e l l s

Kw = Kdp « KdKp f a c t o r d e l d e v a n a d o

E = 4 . 4 4 f N K d p 0 X 1 0- 8 v o l t s

1 0 2 0 1 2 1 3 3 3

P r o b l e m a

P - 24 f = 60 H z m * 30

Q = 2 1 6 R a n u r a s 18 c o n d / r a n . d o b l e c a p a

3 Y en p a r a l e l o r / £ . 3 .,í

J j U 0 . 7 7 8

Ev a c f o = 2 3 0 0 v o l t s ( l i n e a )

0 p ( e n v a c í o ) * ?

^ l í n e a p a r a l e l o

E « 4 . 4 4 f N K d p 0 X 1 0

Q = 2 1 6 r a n * 2 1 6 b o b i n a s

g r u p o s * mxp - ( 3 ) ( 2 4 ) = 7 2 g r u p o s g r u p o s - 7 2 s 24 g r u p o

f<\se 3Y 3 f a s e 3 Y

a - l ü » 3 b o b i n a s

q 7 2 g r u p o

1 8 cond _ 1 8 c o n d a _ v u e l t a s

r a n . b o b i n a ' b o b i n a

Kp = Sen w f f ¡ 1 T

Kp = Sen ( . 7 7 8 ) ( 9 0 ° E ) Kp « Sen

70°

Kp = 0 . 9 4

Kd = s e n q C j ) q s e n oc

2

¿ v u e l t a s / v u e l t a s \ / 3 J o b \ B J g r u p o V b o b i n a s ) V g r u p o ]

2 7 v u e l t a s g r u p o

A / j r v u e l t a s = „

* g r u p o

N - a g r u p o 0 7 v u e l t a s

n " 0 f a s e g r u p o

N = 2 1 6 v u e l t a s f a s e

s = 1 8 0 p ( 1 8 0 ) ( 2 4 ) ! K d = s e n 3 ( 1 0 ) - s e n 30

~ 0 " ¿16 , . "* o

= 216

3 sen 1 0 3 S e n 1 0 '

0 . 5 3 ( 0 . 1 7 4 )

Kd « 0 . 9 6

¿A/fapX'f*

Á -

¿ 3¿>Q / ü s

r ~~ Vf (¿*) t*") (o.9o?«) X/S*

3./o

(j

s

Jz

A ^ "

¿~ - (¿o)(o-?v)(ú-9t)(Z-n y/aOf/o'*) Cszy)

DEVANADOS DE DOS VELOCIDADES.

En muchas aplicaciones de los motores de inducción

se requieren dos o más velocidades, o un rango continuo ajus

table de velocidades. La velocidad del rotor de un motor de

inducción puede ser ajustada de tres maneras.

1. Variando la frecuencia del voltaje de alimenta

ción.

2. Variando el deslizamiento

3. Cambiando el numero de p o l o s .

En ésta sección se tratará la variación de la

velocidad cambiando el numero de polos p o r medio de los d e v a

-nados del polo consecuente (o conmutables).

En éste tipo de conexión con sólo 6 terminales ex

teriores se tiene la posibilidad de trabajar con dos veloci

dades cuya relación es 2:1 con un cambio de polos 1:2 en un

solo devanado. Existen 2 técnicas de conexión con las s i

-guientes características:

Analizaremos el principio básico de operación con

una de las técnicas de conexión de los grupos de polo fase.

La idea tener un cierto número de polos en

co-nexión serie y en una coco-nexión en paralelo tener la mitad de

los polos invirtiendo la corriente en la mitad del devanado.

En la figura 3. M r.e representa la conexión de los grupos

fase para la fase A, siendo similar para las fases B y C .

P-S

bi

Figura 3. /'

A - A A - A

Figura 3.

En la fig.

$.13

• que se muestra la conexión en pa.

ralelo, conectanto Ti y el neutro, y alimentando por X, se

-forman 4 polos,correspondiendo esta conexión a alta v e l o c i —

dad. Es inportante observar que la corriente se invirtió en

los grupos -A.

Como y a se mencionó anteriormente, con un switch,

es posible tener las dos conexiones, y por lo tanto se p u e

-den operar el motor a dos diferentes velocidades, con la

ve-locidad más alta cuando se tiene la conexión standar y a la

mitad de esa velocidad con la conexión de polos c o n s e c u e n —

4.^'fn on^éMA)

A

pig. 3.14 C o n e x i ó n 2 V e l o c i d a d e s H P ' S « C T E ' S ( T é c n i c a Ú 2 )

M

4 POLOS

Z> POLOS ( inyttáeru/o (a certienée c/e

(a. ¿ej'vtcùi ¿yrilna )

Fig. 3.16 T e o r í a B á s i c a , D e v a n a d o s de 2 V e l o c i d a d e s .

METODO PRACTICO PARA REALIZAR DIAGRAMAS DE ARROLLAMIENTOS

DE POLO

CONSECUENTE.-Antes de entrar en el tema, haremos las siguientes importantes

advertencias.

1. Cuanto menor es el número de polos de un motor, tanto más

ancho debe ser el camino previsto por el flujo magnético.

Por lo tanto sn motor cuyo yugo del estator está

calculado, por ejemplo para 8 polos, no admitirá en general el

-cambio de 4 polos sin graves consecuencias en su funciona

2. Todo cambio de polaridad del arrollamiento del estator exige

analogo cambio en el rotor. Si este está devanado, será

ne-cesario modificarlo con la nueva polaridad.

3. Si se trata de rotor en jaula de ardilla no requiere

modifi-cación, sin embargo hay que tener presente que para cada

número de polos, entre el núnúmero de ranuras del estator y r o

-tor debe existir una relación conveniente.

4. Debe tenerse en cuenta el claro de bobina del estator, de tal

manera que sea el más óptimo en ambas velocidades.

Caben pues, desagradables sorpresas si no se toma en considera

ción lo anterior.

PROCEDIMIENTO:

a).Se hacen los cálculos en el menor número de polos.

Q= 48 ranuras = 48 bobinas.

Doble capa imbricado.

m

30 w= 7 ranuras.

P= 4/8 Polos.

GRUPOS= mxp = 12

q_.

Q 48 _ 4 bobinas

mp 12 grupo

Si no se consideran las armónicas se toma como el claro de la

bobina igual al paso polar (diametral) correspondiente al m a

-yor número de polos. Si ello no fuese posible, se tomará

el-paso más próximo al el-paso diametral mencionado.

T' Q 48 * 6 ranuras w» 7 ranuras " es adecuado.

' " , P " 8

En la fig.

~5.i7

se encuentra el diagrama completo con la numeración

de terminales adecuado, tomando: Los principios de cada bobina con

FASE "A"

FASE "B"

FASE "C"

1

c y -

( y -

1 0 1

2 109 — 10 1 1 7 — 18

1 0 2 — 3 110 — 11 118 — 19

1 0 3 4

111 ^ — 12 119 — 20

104 — 25 1 1 2 — 33 1 20 41

1 25 26 1 33 34 141 42

126 — 27 1 34 — 35 142 — 43

12 7 28 1 35 36 143 — 44

1 2 8

_ _ 3 7 - ^ ) 1 3 6 — 45 - { í ^ 144 — 5 (T

137 38 145 — 46 105 — 6

138 — 39 146 — 47 106 7

139 — 40 147 — 48 107 — 8

140 — 13 148 — 21 108 — 29

1 1 3

14 1 21 — 22 129 30

11 4 15 1 22 — 23 130 — 31

115 16 123 24 131 — 32

1 1 6 — ( g ) 124 — ( g ) 132

Una vez terminada la conexión de las bobinas individuales

del motor se harán las conexiones en

A y

2Y para par

constante y Y-2Y para par variable.

El voltaje se aplicará con el Variac incrementándolo

T

—».1 28 y 37

Tg—»• 136 y 45

T

_ * 1 4 4 y S

N

— » . 1 1 6

N

_ ^ 1 2 4

N

— • 132

VELOCIDAD

LINEAS

UNIR

CONEXION

VOLTS

BAJA

(900 rpm)

1

2

3

Delta ( a ;

Simple

110

(línea)

ALTA

(1800 rpm)

4

5 Te

1

2

3

Doble (ZV-;

Estrella

110

(Línea)

f 4

CONEXION PARA 1 K

PAR VARIABLE C J

VELOCIDAD

LINEAS

UNIR

CONEXION

VOLTS

(Línea)

BAJA

(900 rpm)

T 1 T ? T3 Y i t o

ALTA

(1800 rpm)

1

2 TS

ZY

110

CONEXION PARA

PAR CONSTANTE

1

T.

1

-9

s s s

1 lot 'l

_olten

ul

m 'l. t

_•l.

ul

'^'...wl-m

_{r, v}

_»»••a

ail

• ulk v.» •11

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