Bobinado de motores eléctricos
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Tabla de contenido Tabla de contenido ...................................................... .................................................................................. ..................................................... ......................... 2 CAPITULO PRIMERO................................................................ PRIMERO............................................................................................... .................................... ..... 5 INDUCIDOS DE CORRIENTE CONTINUA................................... CONTINUA................................................................ ............................... 5 Dínamos y motores motores ............................................................ .......................................................................................... ........................................... ............. 7 Polos inductores...................................................................... inductores...................................................................................................... ...................................... ...... 8 Inducidos .......................................................... ......................................................................................... ............................................................ ............................. 8 Ranuras del inducido ...................................................... .................................................................................. ............................................ ................ 10 Conmutadores......................................................................... Conmutadores.............................................. ......................................................... .................................... ...... 11 Principios en que se basa el funcionamiento funcionamiento de las dínamos y los motores............... 12 Generación del voltaje .......................................................... ........................................................................................... ...................................... ..... 13 Función del conmutador ......................................................... ........................................................................................ .................................... ..... 14 Curvas de voltaje. Corriente Corriente continua pulsante ........................................................ .......................................................... .. 14 Factores que determinan el voltaje en una una máquina................................................... máquina................................................... 15 Flujo del inducido y su efecto en las dínamos..................................................... dínamos............................................................ ....... 16 Principios en que se basa el funcionamiento de los motores...................................... motores...................................... 17 Fuerza contraelectromotriz en los motores............................................ motores................................................................. ..................... 17 Efecto regulador regulador de la fuerza contraelectromotriz ..................................................... ..................................................... 18 Bobinas del inducido ......................................................... ....................................................................................... ......................................... ........... 18 Número de vueltas y tamaño del conductor ........................................................ ............................................................... ....... 19 Aislamiento de los conductores.............................................................................. conductores.................................................................................. .... 19 CAPITULO 2 ....................................................... ....................................................................................... .......................................................... .......................... 23 BOBINADOS........................... BOBINADOS ......................................................... ........................................................... .................................................... ....................... 23 Aislamiento de las bobinas y las ranuras.............................................................. ranuras.................................................................... ...... 24 Aislamientos a base base de fibra fibra y papel ........................................................ .......................................................................... .................. 24 Aislamientos a base, base, de tela barnizada ......................................................... ....................................................................... .............. 24 Aislamiento resistente al calor............................................. calor............................................................................... ....................................... ..... 25 Devanado de las bobinas ....................................................... ....................................................................................... ..................................... ..... 25 Encintado y conformado conformado de las bobinas bobinas ...................................................... ..................................................................... ............... 27 DEVANADOS IMBRICADOS Y ONDULADOS ................................................... ................................................... 29 Circulación de la corriente por un un devanado imbricado............................................. imbricado............................................. 31 Luz de las bobinas bobinas ......................................................... ........................................................................................ ............................................. .............. 32 Preparación de un inducido para devanarlo.................................................... devanarlo................................................................ ............ 33 Colocación de las bobinas para un devanado imbricado............................................ imbricado............................................ 34 Conexión de las bobinas ......................................................... ....................................................................................... .................................... ...... 35 Devanados ondulados ....................................................... ..................................................................................... .......................................... ............ 36 Determinación del paso del conmutador y conexión de las bobinas de los devanados ondulados....................................................................... ondulados......................................... ........................................................... ............................................. ................ 38 Elementos de los devanados....................................................................................... devanados....................................................................................... 39 CAPITULO 3 ....................................................... ....................................................................................... .......................................................... .......................... 41 DEVANADOS DE INDUCIDOS DE C.C. ...................................................... ............................................................... ......... 41 Devanado de inducidos pequeños........................................... pequeños........................................................................... .................................... .... 41 Procedimiento para hacer el devanado devanado ......................................................... ....................................................................... .............. 41 Devanado de 110 voltios ...................................................... ..................................................................................... ...................................... ....... 43 Devanado para para 3 voltios ....................................................... ....................................................................................... ...................................... ...... 43 Devanado para 32 32 voltios de C.C. ......................................................... .............................................................................. ..................... 43 Pequeño devanado de 2 elementos elementos ........................................................ ............................................................................. ..................... 43 Elementos de devanados para inducidos inducidos grandes....................................................... grandes....................................................... 44
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Transformación de un motor viejo viejo para adaptarlo a nuevas condiciones................... condiciones................... 45 Devanados Múltiplex................................................................... Múltiplex................................................................................................. ................................ 46 Plano neutro. Importancia para para la conmutación conmutación ......................................................... ......................................................... 48 Conexiones simétricas y asimétricas ............................................................ .......................................................................... .............. 49 Compilación de datos de los devanados viejos ......................................................... ........................................................... 50 Fajado de los inducidos inducidos ......................................................... ........................................................................................ ..................................... ...... 51 Pruebas de inducidos inducidos ......................................................... ....................................................................................... ......................................... ........... 52 Funcionamiento y uso del vibrador ........................................................ ............................................................................ .................... 53 Indicaciones del vibrador en los devanados devanados ondulados.............................................. ondulados.............................................. 54 Averías comunes en los inducidos............................................................ inducidos.............................................................................. .................. 55 Cortos circuitos............................................................................ circuitos.......................................................................................................... ................................ 56 Conductores terminales terminales de bobinas flojos ............................................................ .................................................................. ...... 57 Circuito cortado o abierto ........................................................ ........................................................................................ ................................... ... 57 Bobina invertida ....................................................... ..................................................................................... .................................................. .................... 57 Bobinas que hacen masa................................................................. masa............................................................................................. ............................ 58 Cortos circuitos circuitos entre bobinas ............................................................ .................................................................................... ........................ 58 Bucles invertidos ......................................................... ...................................................................................... ............................................... .................. 58 Delgas del conmutador en corto circuito.................................................................... circuito.................................................................... 58 Delgas del conmutador conmutador que hacen masa o tierra ........................................................ ........................................................ 58 Pruebas de inducidos con un galvanómetro galvanómetro ........................................................... ............................................................... .... 59 Separación del circuito de las bobinas defectuosas defectuosas .................................................... .................................................... 60 Experimentos ........................................................... ......................................................................................... ................................................... ..................... 62 PREGUNTAS DE EXAMEN .......................................................... .................................................................................... .......................... 62 CAPITULO IV ........................................................... ......................................................................................... .................................................... ...................... 63 DEVANADOS DE INDUCIDOS DE C.A. ........................................................ ............................................................... ....... 63 Principios de los alternadores.............................. alternadores ............................................................ ....................................................... ......................... 63 Ciclos y alternancias alternancias.............................. ........................................................... ............................................................. ........................................ ........ 65 Frecuencia de los circuitos de C.A. .............................................................. ............................................................................ .............. 65 Corrientes monofásicas ......................................................... ......................................................................................... ..................................... ..... 66 CORRIENTE BIFASICA ........................................................ ........................................................................................ .................................. .. 69 Corriente bifásica..................................................................... bifásica.................................................................................................... ................................... .... 69 Corrientes trifásicas ........................................................... ......................................................................................... ......................................... ........... 70 Construcción de los motores de C.A. ........................................................ ......................................................................... ................. 72 Rotores........................................................................... Rotores.............................................. ........................................................... ............................................. ............... 72 Estatores .............................................................. ........................................................................................... ....................................................... .......................... 75 Tipos de devanados de C.A. ........................................................ .................................................................................... ............................... ... 75 Devanados de marcha y de arranque arranque de los motores monofásicos............................. monofásicos............................. 77 Conexiones del del devanado de arranque arranque ........................................................ ....................................................................... ............... 78 Interruptores centrífugos .............................................................. ........................................................................................... ............................... 79 MOTORES BIFASICOS......................................................... BIFASICOS......................................................................................... ................................... ... 81 Principios en que se basa el funcionamiento de los motores trifásicos...................... 83 Términos y definiciones para los devanados devanados de C.A.................................................. C.A.................................................. 85 Devanados imbricados para las máquinas de C.A..................................... C.A...................................................... ................. 85 Ejemplo de un devanado bifásico bifásico ...................................................... ............................................................................... ......................... 86 La polaridad de las bobinas es importante............................................................. importante.................................................................. ..... 87 Tipos de bobinas para los devanados de los estatores ................................................ ................................................ 89 Procedimiento para devanar un estator trifásico.............................. trifásico......................................................... ........................... 89 Marca y conexión de los conductores terminales terminales de las bobinas ............................... ............................... 91 Procedimiento para conectar un devanado trifásico................................................... 95 Confección de las conexiones conexiones de las puntas puntas .......................................................... ............................................................... ..... 97
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Conexiones de polos y fases....................................................................................... 98 Agrupamiento desigual de las bobinas ....................................................................... 99 PREGUNTAS DE EXAMEN .................................................................................. 102 CAPITULO V .............................................................................................................. 103 CONEXIONES EN ESTRELLA Y EN TRIANGULO........................................... 103 Voltaje de las conexiones en estrella y en triángulo................................................. 104 Devanado de paso fraccionarlo................................................................................. 106 Conexión especial de los grupos de bobinas de cada polo....................................... 107 Devanados de rotores ............................................................................................... 108 Cambio del voltaje de funcionamiento de los motores de inducción ....................... 108 Prueba para ver si la polaridad es correcta ............................................................... 109 Efecto del cambio de voltaje sobre la intensidad de la corriente.............................. 110 Conexiones especiales para cambios convenientes de voltaje ................................. 113 Cambios del número de fases ................................................................................... 115 Cambios en la frecuencia.......................................................................................... 116 Cambio del número de polos y de la velocidad........................................................ 116 Conexiones especiales para cambiar cómodamente la velocidad ............................ 117 Procedimiento para hacer las reconexiones de una maquina cuando se quiere cambiar su velocidad .............................................................................................................. 118 PREGUNTAS DE EXAMEN .................................................................................. 119 EMPLEO DE LOS BARNICES Y LOS COMPUESTOS AISLANTES EN LOS DEVANADOS ............................................................................................................... 120
Barnices de secado al aire y de secado en la estufa.................................................. 120 Métodos para aplicar los barnices aislantes.............................................................. 120 Importancia de una buena ventilación en el horno................................................... 121 Tiempo y temperaturas para el secado en horno ...................................................... 122 Averías en los devanados de los motores de inducción............................................ 124 Bobinas con masa o tierra......................................................................................... 125 Tierras o masas de alta resistencia............................................................................ 126 Reparaciones en las bobinas con masa..................................................................... 126 Una o varias vueltas cortocircuitadas ....................................................................... 127 Grupos de bobinas cortocircuitadas.......................................................................... 129 Bobinas cortadas o abiertas ...................................................................................... 130 Conexiones invertidas .............................................................................................. 130 Grupos de bobinas invertidas ................................................................................... 130 Fase invertida............................................................................................................ 131 Prueba de los motores de fase partida ...................................................................... 131 Cojinetes o rodamientos agarrotados o desgastados ................................................ 131 Eje encorvado y cojinetes o rodamientos desalineados............................................ 131 Circuitos abiertos e interruptores centrífugos defectuosos....................................... 132 Conexiones invertidas y masas o tierras................................................................... 132 Cortos circuitos......................................................................................................... 133 Especificaciones para los vibradores........................................................................ 133 PREGUNTAS DE IENAMEN................................................................................. 136
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CAPITULO PRIMERO
INDUCIDOS DE CORRIENTE CONTINUA Estos capítulos abarcan una de las ramas más interesantes e importantes de la electricidad práctica. Cada año se construyen muchos miles de motores y dinamos nuevos que tienen que devanarse y probarse por expertos en las fábricas. Hay también muchos millones de motores eléctricos en uso en todo el mundo que tienen que conservarse, probarse, accionarse y, de cuando en cuando, volverse a devanar completamente. Las compañías de servicio público tienen devanadores expertos para reparar sus grandes generadores cuando se produce alguna avería en sus arrollamientos. Las plantas industriales y las fábricas importantes, algunas de las cuales tienen miles de motores en una sola instalación necesitan operarios expertos en el devanado de inducidos para reparar los motores que se queman. Por otro lado están las pequeñas compañías que tienen solamente unos cuantos motores y no tienen un electricista propio y que, por consiguiente, se ven obligadas a enviar sus maquinas a algún taller para que se efectúen las reparaciones necesarias. Muchas fábricas pequeñas que no tienen un devanador de inducidos como un empleado regular de su nómina, prefieren tener un electricista encargado de la conservación, que pueda devanar inducidos cuando sea necesario. Por consiguiente, vemos que en muchos casos el electricista de carácter general encargado de hacer las instalaciones y las reparaciones en la planta tiene que hacer también pruebas y devanados de inducidos en las emergencias. Es, pues, fácil ver que poseyendo conocimientos sobre ese tema le resultará más fácil a mentido conseguir un buen empleo y ascender a otro de mayor responsabilidad y mejor paga que si carece de ellos. Hemos mencionado la prueba de los inducidos, al mismo tiempo que su devanado y queremos insistir en la importancia que tiene poseer buenos conocimientos sobre las pruebas y la localización de las averías con el fin de poder encontrar rápidamente las fallas en los arrollamientos de los motores y las dinamos. En muchos casos algún defecto pequeño, como un circuito cortado o abierto, un corto circuito, o una masa o tierra en los conductores o las conexiones de un devanado de inducido, afectará seriamente al funcionamiento de la maquina muchas veces esos defectos, que no exigen volver a devanar por completo el inducido pueden repararse rápidamente, permitiendo volver a poner la máquina en servicio al poco tiempo. Debido a la escasez de electricistas instruidos, hay actualmente miles de hombre sin la preparación adecuada en el ramo que no saben localizar ni reparar esos defectos, y a causa de ello hay que poner los motores fuera de servicio y enviarlos a un taller para que los reparen. En muchos casos, se deshacen innecesariamente los arrollamientos para encontrar averías que una sencilla prueba hubiera localizado fácilmente, incluso sin sacar el inducido de la máquina. Ni que decir tiene que el electricista encargado de la conservación que sepa realizar pruebas sistemáticas, localizar esas averías y hacer rápidamente las reparaciones necesarias para volver a poner una máquina en servicio con la pérdida de tiempo mínima, es el individuo que consigue los mejores puestos y la mejor paga. La posesión de conocimientos sobre la construcción de los inducidos y sus devanados no sólo hace que sea más fácil comprender las pruebas y los rebobinados, sino que ayuda también mucho a conocer a fondo los motores y los dínamos estudiados en otros capítulos. Por consiguiente, aconsejamos al lector que haga un estudio detenido y minucioso de los devanados de inducidos que encontrará muy interesante y muy útil.
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Fig. 1. Sección del departamento de devanados de inducidos de un taller de reparaciones eléctricas.
FIG. 2, Central hidroeléctrica cuya capacidad actual es de 302 000 HP. En primer plano puede verse el inductor rotativo (que pesa 270 ton. métricas y esta soportado por dos grúas) parcialmente introducido en el hueco del inducido fijo de un alternador monofásico, sincrónico G. E. de 35000 Kva. 100 rpm 13 300 voltios, 60 periodos, tipo ASI-W. 30 polos (7ª unidad)
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Dínamos y motores Para comprender bien los devanados de inducidos es necesario poseer antes algunos conocimientos sobre la construcción y los principios de los motores y los dínamos y la función del inducido en esas máquinas. Una dínamo es una máquina empleada para convertir energía mecánica en energía eléctrica. Un motor eléctrico es una máquina empleada para convertir energía eléctrica en energía mecánica. La construcción de esas dos máquinas es prácticamente la misma, estando la diferencia entre ellas simplemente en la manera como se usan. En realidad, en muchos casos puede emplearse una dínamo como motor, o un motor como dínamo, haciendo cambios y ajustes insignificantes. Las partes más importantes de un motor de C.C. o una dínamo son la armazón o culata, los polos inductores, el inducido y el conmutador. Además de esas partes, se necesitan para completar la máquina las escobillas, los cojinetes y varias otras piezas pequeñas. La figura 3 es una máquina a la que se ha quitado la tapa del cojinete del costado. En B pueden verse los polos inductores firmemente unidos al interior de la armazón o culata. El inducido puede verse colocado entre los polos inductores, espacio en el cual gira durante el funcionamiento de la máquina. El conmutador puede verse en el extremo delantero del inducido. Los polos adicionales o auxiliares, representados por A en este grabado, se explicarán más adelante.
FIG. 3. Una dinamo a la que se ha quitado la tapa del costado que está delante 7
para que se vean claramente los polos inductores, el inducido y la culata o armazón.
Polos inductores Los polos inductores se hacen de hierro, ya sea en forma de bloques macizos fundidos o, en muchos casos, se hacen con delgadas láminas o tiras prensadas y atornilladas fuertemente unas a otras. Alrededor de esos núcleos de hierro se arrollan después un gran número de vueltas de un conductor aislado, que forman lo que se llama una bobina inductora. Esas bobinas pueden consistir en unos cuantos cientos o varios miles de vueltas, según el tamaño y el voltaje de la máquina. Vemos, pues, que el polo inductor completo es sencillamente un electroimán grande y su objeto es suministrar un flujo o campo intenso de líneas magnéticas de fuerza para que los conductores del inducido giren en él. La armazón o culata del inductor sirve no sólo para soporte de los polos inductores, sino que proporciona también una trayectoria al flujo para cerrar el circuito magnético entre los extremos exteriores de los polos. Las bobinas inductoras están conectadas unas a otras de modo que cada una de ellas produzca un polo magnético opuesto al contiguo. Después se le suministra corriente continua para mantener la polaridad constante en las zapatas o extensiones de las caras de los polos.
Inducidos El inducido es también de hierro y su construcción es siempre laminar, esto es, que se compone de delgadas láminas de hierro prensadas fuertemente unas contra otras. La construcción laminar tiene por objeto impedir la circulación de corrientes parásitas, o de Foucault, inducidas en el núcleo del inducido. El núcleo tiene un cierto número de ranuras en su superficie exterior, en las cuales se montan las bobinas del inducido. Véanse las figuras 4 y 5. El núcleo de hierro del inducido proporciona una trayectoria magnética al flujo de los polos inductores y soporta al propio tiempo las bobinas que se hacen girar a gran velocidad a través del flujo inductor para que lo corten. En una dínamo, es el corte del flujo magnético por esas bobinas el que produce el voltaje. En un motor, es la reacción entre el flujo inductor y el flujo que rodea a los conductores del inducido la que produce el par o el esfuerzo de giro.
FIG. 4. A, manera como se montan las láminas del núcleo sobre un conjunto de cubo y radios para armar los inducidos grandes. A la derecha hay un corte en que se ven cómo están ensambladas y sujetas las láminas a la llanta, y los conductos para aire que se dejan en el núcleo para facilitar la ventilación y el enfriamiento. Los inducidos pequeños se construyen a menudo de láminas en forma de discos 8
completos que tienen simplemente un agujero en el centro para el eje y tal vez otros varios agujeros para que pasen los pernos que los sujetan. De esta manera se obtiene un núcleo que es completamente macizo hasta el eje. En las máquinas mayores no es necesario que todo el núcleo sea macizo y las láminas se ensamblan como las llantas de una rueda sobre los extremos exteriores de radios cortos, como puede verse en la figura 4A.
FIG. 5. Núcleo del inducido de C.C. completamente montado. Obsérvese cómo los paquetes de láminas están sujetos por fuertes anillos y también las ranuras sobre la periferia de dicho núcleo en las cuales se introducen las bobinas. Sobre esta armadura central formada por el cubo y los radios se unen a cola de milano las secciones laminares del núcleo, como puede verse en la figura. Fuertes anillos, uno en cada extremo del grupo, apretados por medio de pernos, sujetan todo el núcleo de modo que forma una unidad rígida y maciza. La figura 4B es un corte transversal del cubo, los radios y el núcleo del inducido. Se observará que entre las láminas del núcleo hay espacios o conductores para que circule el aire con el fin de ventilar y enfriar el núcleo y los devanados. La figura 6 presenta un inducido completo con el devanado colocado, pudiéndose ver a la izquierda el Conmutador. Se observará que las bobinas encajan muy bien en las ranuras y se sujetan, para que no se muevan, por medio de cuñas introducidas en la parte superior de dichas ranuras. Los extremos de las bobinas se sujetan fuertemente con bandas de alambre de acero para impedir que la fuerza centrífuga las lance hacia afuera cuando el inducido gira a gran velocidad.
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FIG. 6. Gran inducido de C.C. destinado a una dínamo de 150 Kw. impulsada por correa. El conmutador está a la izquierda y pueden verse claramente sus delgas o segmentos. Obsérvese cómo se sujetan las bobinas del inducido en las ranuras por medio de cuñas y de bandas de alambre colocadas alrededor de cada extremo del inducido. (Con autorización de Crocker-Wheeler Electríc Company.) Ranuras del induc ido
Hay varios tipos o formas diferentes de ranuras para sujetar las bobinas en los núcleos de los inducidos. En la figura 7 pueden verse varios tipos de ranuras. Esta figura muestra vistas de las ranuras y cortes de las bobinas en su interior. La ranura A se llama ranura de tipo abierto y se emplea cuando las bobinas se arrollan y se forman por completo antes de colocarlas en las ranuras. Este tipo de ranura tiene la ventaja de ser muy fácil colocar las bobinas en ellas, pero hay que poner bandas alrededor del núcleo para sujetar las bobinas en las ranuras cuando el inducido gira a gran velocidad, de manera que no se desprendan por la fuerza centrífuga Dos tipos algo diferentes de ranuras parcialmente cerradas que se emplean en los inducidos son B y C, en los cuales las bobinas se arrollan directamente sobre ellas. Este tipo de ranura proporciona una distribución mejor del flujo de los polos inductores en el inducido que las ranuras de tipo abierto. Esto se debe a los labios salientes que reducen el entrehierro de la parte superior de la ranura. En las ranuras parcialmente cerradas se sujetan las bobinas y se impide que se muevan por medio de cuñas que se deslizan haciéndolas pasar por entre sus bordes superiores y por debajo de sus labios salientes de hierro. Una ranura de tipo abierto con una canal en cada lado de su parte superior se muestra en D, por la cual se introduce la cuña que cierra la ranura.
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Fig. 7. Cuatro tipos comunes de ranuras de inducidos. Obsérvese cómo están dispuestas y aisladas las bobinas y también las cuñas que las sujetan en las ranuras. La cuña en la ranura A seria mantenida en su sitio por bandas de alambre alrededor del inducido.
Conmutadores Los conmutadores se componen de un cierto número de delgas o barras de cobre montadas alrededor del eje en forma de cilindro. Se montan cerca del extremo del núcleo del inducido, de modo que puedan conectarse los finales de las bobinas con cada una de las delgas. Entre cada delga y la siguiente se coloca una delgada tira o un segmento de mica que las aísla entre sí. Véase la figura 8, cuya parte inferior es una vista de frente de un conmutador como el que acabamos de describir. B - y B + son las escobillas que se apoyan sobre la superficie del conmutador, Las líneas gruesas, m, son las tiras aislantes de mica. En la parte superior puede verse un corte longitudinal de un conmutador, que muestra la forma de las delgas o segmentos y las ranuras practicadas en cada extremo para poder sujetarlas firmemente por medio de fuertes anillos de enclavado. Una vez que se han colocado en su sitio todas las delgas y se ha puesto de enclavado el anillo de enclavado, V, se aprieta éste fuertemente por medio de la tuerca R y de esta manera se sujetan las delgas al núcleo del conmutador con una especie de ensamble a cola de milano. La parte más alta de la delga L se llama el cuello. En U pueden verse las ranuras practicadas en las delgas para sujetar los extremos de los conductores de las bobinas. Las líneas negras y gruesas representan el aislamiento de mica que mantiene aisladas todas las delgas de los anillos de enclavado, el núcleo y el eje. Este dibujo debe estudiarse minuciosamente, pues muestra los detalles típicos de construcción de los conmutadores de tamaño pequeño y medio. En las dínamos muy grandes, en las que los conmutadores son de gran diámetro, éstos se montan a veces sobre un cubo provisto de radios de un tipo análogo al que se describió para los grandes inducidos. Los conmutadores se sujetan al eje por medio de chavetas y ranuras, o bien por medio de tuercas especiales en cada extremo. En algunos inducidos muy pequeños de las máquinas de potencia fraccionaria de HP, se sujetan fuertemente los conmutadores a los ejes introduciéndolos a presión, y para mantenerlos en posición. Las dínamos grandes del tipo antes indicado se construyen en tamaños que van desde menos de 100 HP hasta muchos miles de caballos y los motores pequeños se construyen en tamaños de hasta 1/50 HP y menos. Sin embargo, conviene tener presente que cualquiera que sea el tamaño de la máquina, los principios generales en que se basa su funcionamiento son siempre los mismos; por consiguiente, si se comprende bien el objeto de las partes más primordiales y los principios fundamentales de un tipo o un tamaño de máquina, todos esos conocimientos serán igualmente aplicables a todas las demás.
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FIG. 8. La parte inferior es una vista de frente de un conmutador, que ilustra la manera como están ensambladas las delgas y se mantienen separadas por tiras de un material aislante puestas entre ellas. La parte superior es un corte que muestra cómo están sujetas las delgas por medio de anillos que encajan en sus ranuras.
Principios en que se basa el funcionamiento de las dínamos y los motores Hasta ahora sólo hemos estudiado las partes mecánicas y la construcción de las dínamos y los motores. Es también muy importante conocer las características eléctricas de esas máquinas y los principios en que se basa su funcionamiento, por dos razones: primera, porque ayudará mucho a comprender los devanados de los inducidos y, segunda, porque proporciona una base para el estudio de esas máquinas en las lecciones posteriores. Los principios en que se basa el funcionamiento de las dínamos y los motores no son, cuando se explican bien, tan complicados como creen muchas personas sin 12
instrucción.
Generación del voltaje Sabemos ya que una dínamo es una máquina que cuando se impulsa aplicándole fuerza mecánica engendra un voltaje o una fuerza electromotriz y suministra energía eléctrica al circuito al que pueda estar conectada. Se recordará también, por haberlo estudiado en capítulos anteriores, que una dínamo funciona basándose en el principio de la inducción magnética y que el voltaje se produce al cortar los conductores las líneas magnéticas de fuerza.
FIG. 9. Principios de una dínamo sencilla. Obsérvese la manera como están conectadas las bobinas inductoras a las escobillas y al reóstato empleado para controlar la intensidad de la corriente inductora. La figura 9 muestra un modelo muy sencillo de dínamo, que consiste en dos polos inductores marcados N y S, y una bobina de inducido conectada a dos delgas de conmutador que están en contacto con la escobilla positiva y la negativa. Esas escobillas son para recoger la corriente de las delgas a medida que la bobina y el conmutador giran formando parte del inducido. Si hacemos girar la bobina rápidamente a través del flujo magnético entre los polos norte y sur, se engendrará un voltaje en la bobina; y si existe un circuito externo cerrado a través de las lámparas o la carga, como se indica en la figura, este voltaje hará circular una corriente por dicho circuito que volverá continuamente a la bobina del inducido mientras continúe la rotación y el circuito permanezca cerrado. Cuando gira la bobina, cada lado de ella pasa primero ante el polo norte y después ante el polo sur y corta las líneas de fuerza primero en un sentido y después en el otro. Por consiguiente, el voltaje engendrado en la bobina se estará invirtiendo continuamente, esto es, que cambiará alternativamente de sentido. Si esta bobina tuviera anillos colectores en lugar de las delgas del conmutador, todo el
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circuito recibiría una corriente alterna. Téngase siempre presente que en los devanados de cualquier dínamo, o generador ordinario de C.C., se produce siempre una corriente alterna.
Función del conmutador 1 Veamos ahora cómo desempeña el conmutador su función, que es la de rectificar esta corriente alterna, o sea, transformarla en corriente continua a medida que pasa al circuito exterior. Esto se realiza de la manera siguiente: Los polos inductores y las escobillas se mantienen, por supuesto, rígidamente unidos y están siempre en la misma posición los unos con respecto a las otras. Así, la escobilla positiva estará siempre en el lugar adecuado para recoger la corriente procedente del lado de la bobina que está pasando por delante del polo sur, y la escobilla negativa estará siempre en la posición apropiada para conectar con los lados de las bobinas que pasen por delante del polo norte. Por consiguiente, la corriente saldrá siempre por la escobilla positiva y volverá por la escobilla negativa, cualquiera que sea la velocidad del inducido.
Curvas de voltaje. Corriente continua pulsante Hemos visto en una sección anterior que el voltaje o la intensidad de un circuito cualquiera puede representarse convenientemente por medio de curvas como las que aparecen en B en la figura 9. Esas curvas muestran la variación y el sentido del voltaje que produciría esta dínamo sencilla. La línea llena y de trazos que forma las curvas 1, 2, 3 y 4 representa los impulsos alternos que se producen en la bobina del inducido. Las curvas 1 y 3 por encima de la línea recta indican voltaje en un sentido, mientras que las curvas 2 y 4 por debajo de la línea indican voltaje en el sentido opuesto. La distancia vertical, desde la línea eje, a cualquier punto situado sobre esas curvas, indica el valor del voltaje engendrado en ese momento particular de la revolución de la bobina. El ascenso y el descenso de las curvas se deben al hecho de que la bobina se acerca o se aleja del flujo magnético potente que está inmediatamente debajo de los polos. Cuando los conductores de la bobina están en la posición indicada por los círculos de trazos en C, están prácticamente fuera del campo magnético eficaz, moviéndose paralelamente a las líneas de fuerza escasas que hay en ese punto y no engendran ningún voltaje. Esta posición entre los dos polos magnéticos se llama plano neutro. A medida que la bobina gira y penetra en el campo magnético más intenso de los polos, el voltaje va aumentando gradualmente hasta que alcanza un valor máximo cuando los conductores están en el campo magnético intenso que hay en el eje de los polos, como indican las curvas de línea llena. Si prescindimos de las curvas de trazos 2 y 4 por debajo de la línea eje en B, y las suponemos colocadas por encima de dicha línea, las curvas representarán entonces la corriente pulsante en un sentido que existe en el circuito externo debido a la acción del conmutador.
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FIG. 10. Curvas de voltaje de tres dínamos sencillas con diferentes números de conductores en sus inducidos. Se observará que cuanto mayor sea el número de conductores, se producirá una corriente continua de una intensidad más constante. Las dínamos grandes no se construyen nunca con una sola bobina en el inducido, sino que, por lo general, tienen un número considerable de bobinas colocadas en las ranuras alrededor de la superficie del inducido y conectadas a otras tantas delgas del conmutador. El empleo de este número mayor de bobinas permite producir impulsos que se siguen muy próximos unos de otros y que de hecho se recubren de modo que la variación o la pulsación de la corriente se reduce muchísimo. Las figuras 10A, B y C ilustran aproximadamente las curvas de voltaje para tres dínamos sencillas, cada una de ellas con un número diferente de bobinas en su inducido. La dínamo representada en A tiene dos bobinas colocadas a 90 grados de distancia. Una de esas bobinas está entrando en el denso flujo que hay directamente debajo del centro de los polos, mientras la otra bobina está en ángulo recto con los polos y moviéndose paralelamente al flujo. Por consiguiente, el voltaje inducido en aquella bobina pasará por su valor máximo mientras en la otra pasa por un valor cero. El resultado se representa en las curvas y por ellas vemos que la corriente que pasará por el circuito exterior será mucho más constante. Comparando este resultado con el obtenido en los casos B y C, y estudiando también las curvas que representan su voltaje, vemos que cuanto mayor sea el número de bobinas empleadas tanto menor es la pulsación en la corriente que pasa por el circuito exterior y tanto más se acerca a la verdadera, corriente continua, de intensidad constante. Las curvas que aparecen en esta figura no tienen la forma exacta de las que desarrollará una dínamo de esta índole, pero servirán para ilustrar el efecto producido por un número mayor de bobinas en el inducido de una dínamo.
Factores que determinan el voltaje en una máquina Al tratar de la inducción magnética vimos que un solo conductor tiene que cortar 100,000.000 de líneas de fuerza por segundo para engendrar un voltio, y que el voltaje producido por un generador cualquiera depende de la velocidad con que son cortadas
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las líneas de fuerza. Esto depende, a su vez, de tres factores principales, como sigue: la intensidad del campo magnético o número de líneas de fuerza por polo, la velocidad de rotación del inducido y el número de espiras o vueltas en serie entre las escobillas. Es fácil ver que cuanto más intenso sea el campo magnético, tanto mayor será el número de líneas de fuerza cortadas por cada revolución de la bobina. Si reforzamos o debilitamos el campo inductor de una dínamo cualquiera, aumentará o disminuirá su voltaje proporcionalmente. El voltaje de las dínamos suele controlarse variando, mientras funcionan, la intensidad de su campo inductor. Cuanto mayor sea la velocidad con que gira un inducido, en revoluciones por minuto, tanto mayor será la rapidez con que se mueven sus conductores y tanto mayor será el número de líneas de fuerza cortadas por segundo. Vemos, pues, que el voltaje de una dínamo variará también en proporción directa a su velocidad. Si una dínamo sencilla, como la representada en la figura 9, produce un voltio a cada lado de su bobina, la tensión en las escobillas será entonces de 2 voltios, porque los dos lados de la bobina están en serie y sus voltajes se suman. Si aumentáramos el número de vueltas de esta bobina de una hasta diez, la tensión en las escobillas sería de 20 voltios, porque las diez vueltas estarían en serie y sus voltajes se sumarían. Vemos, pues, que el número de vueltas o espiras por bobina en un devanado de inducido regulará el voltaje producido.
Flujo del inducido y su efecto en las dínamos. Si se conecta una dínamo a un circuito externo en el que hay una carga de lámparas o motores, la importancia de la carga conectada y la resistencia del circuito exterior determinarán la intensidad de la corriente que pasará. Por supuesto, esta corriente tiene que circular toda ella continuamente por el devanado del inducido y producirá líneas de fuerza magnéticas alrededor de sus conductores, como puede verse en el grabado superior de la figura 11. La reacción entre este flujo y el de los polos inductores hace que se deforme el flujo del inductor, o sea, que se desvíe su trayectoria recta en la forma que se indica.
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FIG. 11. Esquema que indica cómo se produce el par motor por la reacción entre el flujo de los conductores del inducido y el flujo del inductor. Estúdiense minuciosamente tanto A como B y verifíquese el sentido de la corriente en los conductores, el sentido del flujo que los rodea y el sentido del movimiento resultante. Cuando las líneas magnéticas procedentes del polo norte contra las líneas de fuerza que rodean al conductor del inducido de la izquierda, que giran en sentido contrario al del reloj, se desvían hacia abajo y son arrastradas hasta una cierta distancia. Después, al encontrar las líneas de fuerza que circulan en el sentido del reloj alrededor del conductor de la derecha, se desvían hacia arriba. Esas líneas tienen, naturalmente, una tendencia a enderezar o acortar su trayectoria y, por tanto, ejercen una fuerza considerable que se opone al movimiento de los conductores del inducido y a la fuerza aplicada por la máquina motriz que impulsa o pone en movimiento la dínamo. Por supuesto, esta fuerza dependerá de la intensidad de la corriente que circula por los conductores del inducido y de la intensidad del flujo que crea. Por esta razón, cuanto mayor sea la carga conectada al circuito exterior, más potencia necesitará la máquina motriz para impulsar a la dínamo.
Principios en que se basa el funcionamiento de los motores Si tomamos esta misma máquina que hemos utilizado como generador y enviamos a través de las bobinas de su inducido y de su inductor una corriente procedente de una línea o de alguna otra fuente de suministro de electricidad, la reacción entre las líneas de fuerza del inductor y las de los conductores del inducido producirá un esfuerzo de rotación, o par motor, que hará girar el inducido, como se indica en el grabado inferior de la figura 11. Se observará que para hacer que el motor gire en el mismo sentido en que giraba antes el inducido, cuando la máquina era una dínamo, tenemos que invertir la corriente que circula por las bobinas del inducido. Utilícese la regla de la mano derecha para el flujo magnético que rodea a un conductor y compruébese cuidadosamente el sentido del flujo desarrollado con el de la corriente que circula por esos conductores. La corriente está entrando en el conductor más próximo al polo norte y, por consiguiente, establece un flujo en el sentido del reloj alrededor de este conductor. En el otro conductor, la corriente está saliendo y establece un flujo en sentido contrario al del reloj. Las líneas de fuerza procedentes del polo norte, al chocar con las que rodean al conductor de la izquierda, se desviarán hacia arriba por encima de este conductor y al continuar desplazándose y chocar con las líneas de fuerza de sentido opuesto que rodean al conductor de la derecha se desviarán hacia abajo y por debajo de él. Su tendencia a acortarse y endrezar su trayectoria hará que esta fuerza, o este par motor, haga girar el inducido en sentido contrario al del reloj. Si hay una polea o una rueda dentada en el .eje de ese motor, podemos derivar energía mecánica de la energía eléctrica suministrada a la máquina.
Fuerza contraelectromotriz en los motores Se recordará que cuando el motor gira, los conductores de su inducido seguirán cortando las líneas de fuerza del inductor. Puesto que los conductores del motor de la figura 11 giran en el mismo sentido en que giraban en la dínamo, este voltaje inducido en las bobinas tendrá un sentido opuesto al voltaje de línea aplicado. Este voltaje, que se engendra siempre en las bobinas de cualquier motor durante su funcionamiento, se llama fuerza contraelectromotriz y suele indicarse por las iniciales F.C.E.M., y a veces se llama contra voltaje. El voltaje aplicado es igual a la fuerza contraelectromotriz más la caída de voltaje en el inducido, esto es, E = F.C.E.M. + I X R. Puesto que el contra voltaje se opone al voltaje de línea aplicado, regula la intensidad
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de la corriente que la línea envía a través del inducido. La resistencia del devanado del inducido es muy pequeña, pues sólo es aproximadamente 1/4 de ohmio en un motor ordinario de 5 HP y 110 voltios. Vemos, pues, que si no fuera por el contra voltaje circularía por el inducido una corriente de una intensidad enorme. Aplicando la ley de Ohm para los ohmios, esto es, E : R = I, hallamos que 110 : 1/4 440 amperios. En realidad, un motor de esta potencia sólo absorbería de ordinario unos 10 amperios, funcionando sin ninguna carga mecánica aplicada; vemos, pues, que la corriente es regulada en un grado considerable por el contra voltaje. Este contra voltaje puede determinarse como sigue: sabemos que I x R - E, de modo que 10 X 1/4 = 2,5 voltios, que es el voltaje necesario para hacer pasar 10 amperios venciendo la resistencia del inducido. Si restamos este voltaje del aplicado, hallamos el contra voltaje, que es 110 - 2,5 - 107,5 voltios de fuerza contraelectromotriz.
Efecto regulador de la fuerza contraelectromotriz Cuando se aplica una carga a un motor, éste tiende a disminuir algo su velocidad y puesto que los conductores cortan entonces el flujo magnético del inductor con menos velocidad, la fuerza contraelectromotriz engendrada será menor y esto permitirá al voltaje aplicado enviar una corriente algo más intensa a través del inducido. Esta corriente adicional incrementa el par motor y le permite impulsar la carga mecánica aumentada. Si se suprime por completo la carga mecánica aplicada al motor, éste aumentará su velocidad y al crecer ésta los conductores del inducido se mueven más rápidamente a través del flujo. Esto hace que aumente la fuerza contraelectromotriz, que reduce inmediatamente la intensidad de la corriente por su oposición al voltaje de línea aplicada. Vemos, pues, que la F.C.E.M. del inducido de un motor actúa como un regulador para controlar su velocidad. Se recordará también que si se carga un motor hasta el punto de que la velocidad del inducido se reduzca demasiado, o se pare aquél por completo, el contra voltaje bajará demasiado y permitirá al voltaje aplicado enviar una corriente de una intensidad excesiva a través del inducido y tal vez se quemen sus devanados. El contra voltaje del inducido de un motor depende, naturalmente, del número de vueltas de sus bobinas, de la velocidad de rotación y de la intensidad del campo inductor, como sucede con el voltaje de una dínamo. El contra voltaje desempeña un papel muy importante en el arranque de los motores y se estudia con más detalles en una sección sobre motores de C.C., pero conviene tener la seguridad de comprender bien sus principios tal como se exponen en esta sección.
Bobinas del inducido Los devanados de los inducidos consisten simplemente en cierto número de bobinas de conductores dispuestas uniformemente en las ranuras del núcleo del inducido y conectadas a las delgas del conmutador para formar circuitos en serie o en paralelo entre las escobillas. Muchos electricistas creen que los devanados de los inducidos son muy complicados. Esto no es absolutamente cierto. Los devanados son el corazón de la máquina y su funcionamiento depende de ellos, pero no hay nada tan misterioso o complicado en esos devanados que no pueda comprenderlo fácilmente un individuo instruido. Las cosas importantes que hay que saber a este respecto son la construcción de las bobinas, su aislamiento, su colocación en las ranuras y la manera de hacer las conexiones con el conmutador. Todas esas cosas puede aprenderlas muy fácilmente cualquiera que conozca los principios de la electricidad y los circuitos en serie y en paralelo. Por de pronto vamos a estudiar la construcción y el aislamiento de las bobinas y más adelante se explicarán las conexiones.
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Número de vueltas y tamaño del conductor Hemos visto que el número de vueltas o espiras en las bobinas del devanado de una dínamo ejerce un efecto definido sobre el voltaje que producirá: y que, en un motor, el número de vueltas regula el contra voltaje y, por consiguiente, determina el voltaje de línea que puede aplicarse al mismo. El tamaño de los conductores no influye sobre el voltaje engen drado por las máquinas, pero sí determina la intensidad de corriente que pueden soportar sus devanados. Cuantos más gruesos sean los conductores o cuanto mayor sea el número de ellos que esté conectados en paralelo, tanto mayor será la intensidad de la corriente que puedan soportar los devanados sin recalentarse. Es esta área del conductor la que determina la capacidad de corriente de las dínamos, o la intensidad nominal de la corriente de plena carga de h motores. Por consiguiente, en general, las máquinas de voltaje elevado tienen más vueltas de un conductor de diámetro más pequeño y más bobinas conectadas en serie; en tanto que las máquinas de bajo voltaje y más capacidad de corriente, utilizan menos vueltas de un conductor más grueso. La forma de los conductores empleados para hacer las bobinas de los inducidos depende de la clase de máquina de que se trate y de la forma de las ranuras. En los inducidos pequeños, se emplea por regla general conductores redondos, salvo en los motores de arranque de los automóviles y oirás máquinas de voltaje muy bajo. Estos inducidos suelen devanarse con una o dos vueltas de conductores o barras de sección cuadrada o rectangular. Los devanados de los motores y dínamos de gran tamaño hacen por lo general con conductores de sección cuadrada o rectangular, con el fin de utilizar todo el espacio de las ranuras.
Aislamiento de los conductores Las bobinas de inducidos que tienen más de una vuelta deben tener todas éstas bien aisladas unas de otras. Los conductores redondos de alambre de magneto, o de bobinar, y también algunos conductores de sección cuadrada pequeña, suelen suministrarse ya aislados. Las formas más comunes de aislamiento empleadas en los alambres de magneto son las cubiertas de esmalte, algodón y seda. Los conductores recubiertos de seda y algodón pueden obtenerse con una sola capa o con dos capas de este aislamiento. Se emplean también mucho las combinaciones de esmalte y algodón o de esmalte y seda. Al especificar o comprar los conductores para hacer las bobina: suele indicarse su aislamiento poniendo las iniciales del recubrimiento deseado. Los fabricantes norteamericanos utilizan las designaciones siguientes: E. para el esmalte; S.C. (single cotton) para una capa de algodón'; D.C. (doble cotton) para dos capas de algodón; S.S. (single silk) para una capa de seda; D.S. (double silk) para dos capas de seda; S.C.E. (single cotton and enamel) para una capa de algodón y esmalte, etc.
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En la tabla 1 se da los diámetros medios sujetos a las diferencias o tolerancias siguientes: 1. Conductor desnudo: tamaño Nº 30 y mayores, 1% en más o menos; tamaño Nº 31 y más delgados, 0,0025 mm. 2. Alambre esmaltado: tolerancias de 0,0025 mm. en más o menos para los alambres gruesos. 3. Alambre recubierto de algodón: las mismas tolerancias, aproximadamente, que para los alambres desnudos y esmaltados. El espesor del aislamiento puede variarse para satisfacer condiciones especiales de espacio o dieléctricas. El aislamiento de esmalte sólo se emplea, por lo general, en los conductores muy delgados, pero los recubrimientos combinados de esmalte y algodón o esmalte y seda se emplean en conductores bastante gruesos. TABLA 2 DATOS PARA DEVANADOS BASADOS EN EL ESPACIO DISPONIBLE PARA ELLOS Tamaño Bobina de baja del tensión conductor Vueltas Ohmios por cm2 por cm2 14 27,4 0,0940 15 34,9 0,1524 16 43,7 0.2490 17 53,9 0,3708 18 66,8 0,5817 19 81,8 0,8892 20 100,3 1,389 21 122,923 2,146 22 151,9 3,340 23 201,0 5,575 24 246,5 8,636 25 305,4 13,49 26 371,2 20,70 27 461,9 32,38 28 618,5 54,61 29 754,9 84,07 30 923,8 130,0 31 1 136 201,7 32 1 389 310,6 33 1 848 522,0 34 2248 800,1 35 2 728 1 124 36 3364 1 905 37 4449 3 175 38 5 286 4 750 39 6665 7569 40 8060 11 400 42 14210 32000 44 20240 71 880
Bobinas de Métodos para determinar el espacio alta tensión. disponible para el devanado Vueltas por cm2 -----Sea D = diámetro exterior de la bobina -----terminada, en cm d= diámetro interior de la bobina -----terminada, en cm -----L= longitud total dé la bobina terminada, -----en cm -----101,2 An = Espacio disponible, bobina de baja 124,0 tensión sin la cinta de algodón, en cm 2 153,1 186,8 At = Espacio disponible, bobina de baja 227,1 tensión encintada con cinta de algodón, 280,6 en cm2 341,0 415,4 Ah = Espacio disponible, bobina de alta 506,9 tensión, en cm2 609,2 Entonces: 736.2 967,2 An = (L- 0,63) 1 186 (D-0,16) - (d + 0.24) 1 449 2 1 728 2 139 At = (L - 016) 2589 (D - 0, 16) - (d + 0, 32) 3302 2 3922 5053 Ah = (L - 0,63) (D - 0,16) - (d + 0,24 ) 6464 2 11246 16510
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El esmalte empleado para aislar los alambres de magneto es de una calidad muy buena, teniendo una resistencia dieléctrica, o resistencia a la descarga disyuntiva, muy elevada y siendo lo bastante flexible para permitir doblar el conductor formando una curva alrededor de un alambre de su mismo diámetro sin que se agriete ni se estropee el esmalte. En los motores muy pequeños de una fracción de HP de los tipos portátiles, se emplean a menudo devanados aislados solamente con esmalte, debido al poco espacio que ocupa este aislamiento y a la facilidad con que conduce el calor hasta el exterior de las bobinas. Es conveniente emplear conductores con un aislamiento suficiente para protegerlos contra los cortos circuitos en las bobinas terminadas. Sin embargo, debemos tener presente también que los aislamientos más gruesos necesitan más espacio y, por consiguiente, permiten poner menos vueltas o espiras en una ranura de un tamaño dado. Los conductores de magneto redondos pueden obtenerse, por lo general, en los tamaños que van desde el Nº 46 al Nº 6 del calibre B. & S. La tabla 1 da los diámetros de los alambres magneto del Nº 14 al Nº 44 del calibre B. & S. Esos diámetros se dan para los conductores desnudos y también para los alambres con diferentes aislamientos. La tabla da también las áreas y los pesos de esos conductores. La tabla 2 da algunos datos adicionales que resultan muy útiles para calcular y devanar diversas bobinas. Esas tablas deben estudiarse minuciosamente, tomando nota de los datos útiles que contienen con el fin de saber dónde encontrarlos cuando se necesite esa información. PREGUNTAS DE EXAMEN 1. Dé una definición breve: a) de un generador eléctrico; b) de un motor. 2. Cite cuatro partes importantes de un motor de C.C. o una dínamo. 3. ¿Por qué son, por regla general, de construcción laminar los núcleos de los inducidos? 4. ¿Cuál es el objeto o la función del conmutador en una dínamo? S. Explique brevemente cómo se produce el voltaje en una dínamo. 6. a) ¿De qué diversos factores depende el voltaje de una dínamo? b) ¿Cuántas líneas de fuerza hay que cortar por segundo para desarrollar un voltio? 7. Explique brevemente cómo se desarrolla en un motor de C.C. el par motor o el esfuerzo de rotación. 8. a) ¿Qué significa el término fuerza contraelectromotriz? b) ¿Qué, papel importante desempeña la fuerza contraelectromotriz en el funcionamiento de un motor de C.C.? 9. a) ¿Cómo afectan al voltaje el número de vueltas y el tamaño del conductor de una bobina o un devanado de inducido? b) ¿Cómo afectan a -la intensidad de la corriente? 10. ¿Qué clases de aislamiento se emplean comúnmente en los conductores Utilizados para hacer los devanados de los inducidos?
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CAPITULO 2
BOBINADOS Hay dos métodos generales para devanar las bobinas de los inducidos. Puede arrollarse directamente en las ranuras del inducido el número correcto de vueltas, como se hace por lo general en las máquinas pequeñas; o bien pueden devanarse y conformarse las bobinas por completo antes de insertarlas en las ranuras, el cual es el procedimiento más comúnmente empleado en el caso de los inducidos de gran tamaño.
FIG. 12. Tipos más comunes de bobinas de inducidos, antes y después de encintarlas. La figura 12A muestra una bobina del tipo de rombo antes y después de ensancharla o conformarla. El bucle sin terminar se compone de tres conductores arrollados en paralelo con el número de vueltas deseado, y después que se ha formado la bobina se recubre con una capa de cinta de algodón, montando cada vuelta sobre la anterior en la mitad de su anchura. Después se ensancha la bobina por medio de un aparato apropiado y se le da la forma que aparece en A. En B puede verse una bobina del mismo tipo devanada con cinco conductores en paralelo, en lugar de tres. Las bobinas se devanan a menudo de esta manera con varios conductores en paralelo por la sencilla razón de que varios conductores delgados son más flexibles que un solo conductor grueso. En otros casos se devanan de esta manera para poder conectar sus extremos a un número mayor de delgas del conmutador. Un bucle, o una bobina, conectado entre dos delgas del conmutador es un elemento. Así, las bobinas devanadas con tres conductores en paralelo se llaman bobinas de tres elementos. La bobina representada en A es una bobina de tres elementos, en tanto que la representada en B es una bobina de cinco elementos. La bobina representada en C en la figura 12 se conoce con el nombre de tipo Eickemeyer. El grabado superior la muestra antes de encintarla, y el inferior después que ha sido encintada y conformada. En D puede verse una bobina compuesta por una sola vuelta de una barra de cobre, a la que se ha 23
dado la forma de una bobina ondulada con un retorcido en rombo en el extremo trasero.
Aislamiento de las bobinas y las ranuras Además de aislar los conductores, es necesario aislar también las bobinas y todo el devanado de las ranuras y el núcleo del inducido. Los aislamientos empleados con este fin sirven a la vez para proteger las bobinas contra las averías mecánicas a consecuencia del contacto con los bordes de las ranuras y también para aislarlas eléctricamente de estas últimas. Los materiales comúnmente empleados para la protección mecánica son los siguientes: fibra dura, papel de pescado, papel Manila, fibra vulcanizada y cartón comprimido.
Aislamientos a base de fibra y papel La fibra dura, la fibra vulcanizada y el cartón comprimido, o cartón Fuller, se hacen con papel duro y denso o capas de pulpa fuertemente prensadas con presión hidráulica y tienen una resistencia dieléctrica o un voltaje de perforación de aproximadamente 7.900 voltios por milímetro en espesores de 1 a 4 mm. Esos materiales se emplean siempre que se necesita un aislante de una resistencia mecánica especial, como para las cuñas insertadas en las ranuras de los inducidos. etc. El papel de pescado se hace con trapos y por un tratamiento especial se convierte en un papel muy duro y fibroso, muy fuerte y muy resistente. Este papel se emplea mucho para revestir la ranura de los inducidos. El papel Manila se hace utilizando como materia prima la fibra de lino o de abacá, produciendo con ella un papel duro y resistente que, cuando está seco, tiene muy buenas propiedades aislantes. El papel de pescado y el de Manila suelen fabricarse en gruesos que oscilan entre 0,1 y 0,7 mm. Estos materiales proporcionan un aislamiento eléctrico considerable, al mismo tiempo que una buena protección mecánica de las bobinas.
Aislamientos a base, de tela barnizada Los materiales de esta clase empleados particularmente para el aislamiento eléctrico son los siguientes: tela batista amarilla barnizada, batista negra barnizada, seda barnizada, muselina aceitada y lona amarilla aceitada. La tela batista amarilla barnizada, o cambray, se compone de un tejido fuerte y de textura apretada con un acabado especialmente flexible y tratada después por un barniz aislante de calidad superior. El barniz impregna toda la tela produciendo un material resistente y flexible con una resistencia dieléctrica muy elevada y una superficie lisa y brillante. Esta tela puede comprarse por metros, o bien en forma de cinta de anchos estándares, y se emplea para aislar las ranuras y para envolver las bobinas. Se hace por lo general en gruesos comprendidos entre 0,2 y 0,3 mm. La tela negra barnizada se fabrica por un procedimiento análogo al anterior, y se emplea en forma de cinta para aislar conductores y cables; se emplea también cortada en ángulo con respecto al tejido para encintar las bobinas de inducidos. La seda barnizada se hace con seda japonesa tratada con un barniz aislante de calidad superior y curada después al horno. Este material es muy ligero y delgado y tiene una resistencia dieléctrica muy elevada por milímetro. Suele emplearse en gruesos de 0,08 a 0,13 mm, cuando se requiere un peso muy pequeño y un grosor mínimo. La muselina aceitada es una tela de hilo tratada con aceite y curada al horno para que la película superficial adquiera un acabado duro y liso. Es una tela muy flexible, de buenas propiedades aislantes y no se deteriora mucho con el transcurso del tiempo ni por efecto de las vibraciones. La lona aceitada amarilla es un dril de buena calidad tratado con aceite para producir un material impermeable y flexible. Se emplea comúnmente para aislar las bobinas inductoras y para las almohadillas que se ponen debajo de las bobinas inductoras de los
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motores de ferrocarriles, etc. Puede obtenerse en gruesos de 1,1 mm y en el ancho estándar de 914 mm (36") o en forma de cintas de ancho estándar.
Aislamiento resistente al calor Cuando se quiere obtener un aislamiento resistente al calor y de alta calidad desde el punto de vista eléctrico, se emplea la mica, la micanita, el papel de mica y la tela de mica. La mica es un mineral que se extrae de la tierra en forma de hojuelas o láminas, y es uno de los muy pocos materiales que conserva una resistencia dieléctrica elevada a temperaturas altas. En su estado original no tiene una resistencia mecánica elevada, pero se forman con él placas y láminas, cementando juntas muchas hojuelas delgadas. Esto es lo que se llama micanita y se emplea para aislar las ranuras de los inducidos, entre las bobinas de alto voltaje, y para aislar los conmutadores. Cementando hojuelas de mica en papel o tela se hacen láminas flexibles. Un poco de reflexión y un buen criterio permitirán elegir el material aislante adecuado entre los que acabamos de indicar, teniendo en cuenta los requisitos que haya que satisfacer desde el punto de vista de la flexibilidad, el espacio disponible, el aislamiento y la resistencia mecánica. Sin embargo, pueden utilizarse como sugestiones los ejemplos que siguen: Aislamiento típico para el devanado del inducido de una dínamo de 220 voltios, con bobinas devanadas con un conductor redondo D. C. C.: 1. Aislamiento de la ranura, papel de pescado de 0,1 mm de espesor. 2. Aislamiento de la ranura, una capa de tela batista barnizada de un grosor de 0,2 mm. 3. Bobinas encintadas, con medio recubrimiento, con cinta de algodón de un grosor de 0,1 mm o 0,18 mm, 4. Toda la bobina sumergida en un compuesto aislante y secada en la estufa. Aislamiento típico para el devanado de un inducido de 500 voltios, con bobinas devanadas con un conductor redondo D.C.C.: 1. Aislamiento de la ranura, papel de pescado de 0,1 mm. 2. Aislamiento de la ranura, papel de pescado y mica de 0,3 mm de espesor, formado con papel de un grosor de 0,1 mm, 3 capas de hojuelas de mica de 0,05 mm a 0,08 mm, una capa de papel japonés de 0,02 mm; todo ello cementado. 3. Bobinas encintadas con cinta de algodón de 0,18 mm de grueso a medio recubrimiento. 4. Toda la bobina sumergida en un compuesto aislante y secada en la estufa.
Devanado de las bobinas Una vez que se ha determinado el tamaño apropiado del conductor y el número de vueltas que deberán tener las bobinas, ya sea midiendo los arrollamientos viejos cuando se trata de un rebobinado o utilizando los datos del diseñador en el caso de una máquina nueva, el paso siguiente es devanar las bobinas. Hay que tener mucho cuidado en obtener el número adecuado de vueltas y el tamaño correcto del conductor, así como también el aislamiento que deberá tener éste. Al devanar las bobinas hay que procurar que tengan la longitud correcta para que encajen bien en las ranuras del inducido. Si son demasiado cortas, resultará muy difícil o tal vez imposible colocarlas en las ranuras. Si son demasiado largas, harán que el devanado abulte demasiado en los extremos y tal vez que roce con la armadura de la máquina o con las tapas. Cuando se rebobina un inducido averiado, es conveniente dar a las bobinas nuevas exactamente la misma forma que a las antiguas, tomando como modelo una de estas últimas y ajustándose a ella desde el doble punto de vista de las dimensiones y la forma.
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Fig. 13. Bobinadora que puede utilizarse para devanar bucles de bobinas de diferentes tamaños, ajustando las clavijas de los extremos a lo largo de la corredera. Cuando se hace girar la manivela, se arrolla el conductor, tomado directamente del carrete, en las ranuras de esas clavijas de los extremos. Cuando hay que devanar un inducido sin que se disponga de bobinas que puedan servir de modelo y sobre el cual no se han dado medidas para las bobinas, es conveniente hacer la primera bobina basándose en las medidas que se tomen del inducido, y ensayar después esta bobina cuando se ha terminado, poniéndola en las ranuras apropiadas antes de hacer otras. Pueden obtenerse máquinas especiales para devanar y conformar las bobinas de diferentes tamaños, y estas máquinas se emplean, por lo general, en los talleres de reparación o fabricación algo importantes. La figura 13 muestra un devanador ajustable para hacer bucles de bobinas de distintos tamaños. En los talleres pequeños, o cuando el electricista de conservación tiene que hacer algún trabajo poco frecuente de rebobinado, pueden hacerse con muy poco costo moldes o formas para devanar las bobinas. La figura 14 muestra varios de esos moldes que pueden hacerse fácilmente con algunos trozos de madera. En A puede verse un tablero de madera en el que se han clavado 6 clavos o 6 espigas de madera en posiciones adecuadas para hacer una bobina en forma de rombo. Variando la posición de los clavos o las espigas pueden hacerse bobinas de casi cualquier forma o tamaño. En la figura 14B puede verse un método para fijar un trozo de tabla gruesa sobre el primero y poner los clavos correspondientes a las puntas de la bobina en el canto de esta tabla, formando un ángulo con él. Doblando los conductores sobre la esquina de esta tabla y haciéndolos pasar por debajo de esos clavos, se forma en los extremos de las bobinas puede verse en el grabado.
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Fig. 14. Pueden hacerse moldes sencillos de madera como los ilustrados para devanar bobinas de diferentes tamaños. Estos moldes resultan muy económicos y es fácil confeccionarlos. Resultan muy útiles en los pequeños talleres de reparaciones. En C y D de la figura 14, puede verse un molde ajustable para hacer bobinas que puede hacerse girar alrededor de un perno central por medio de una manija. De esta manera puede devanarse rápidamente la bobina, tornando el conductor directamente de un carrete a medida que gira el molde, de una manera análoga a como se indica para el bobinadora de la figura 13. Los dos bloques del centro pueden tener ranuras para que sean ajustables y permitan hacer bobinas de diferentes tamaños. Una vez que se han ajustado en la tabla inferior a las dimensiones correctas para las bobinas que hay que devanar, puede ponerse encima la otra tabla y sujetar el conjunto fuertemente por medio de los tornillos y las tuercas de mariposa, como se indica en el grabado.
Encintado y conformado de las bobinas Las bobinas devanadas sobre moldes de este tipo pueden atarse con trozos cortos de alambre cuando se sacan del molde, pero ha de tenerse mucho cuidado de quitar esas ligaduras antes de proceder al encintado de la bobina. Si las bobinas tienen que colocarse en ranuras de tipo abierto, pueden encintarse por completo antes de insertarlas. Si tienen que colocarse en ranuras parcialmente cerradas, con aberturas estrechas en la parte exterior, hay que introducir los conductores en las ranuras, unos cuantos a la vez, hasta que toda la bobina queda en su sitio. Después pueden encintarse los extremos o vértices más separados de la bobina y retorcerlos juntos para que se haga más compacta y ocupe el menor espacio posible. Una vez que se han puesto las bobinas en las ranuras, pueden agarrarse los extremos o puntos con alicates de pico de pato y retorcerse hasta darles la curvatura apropiada. Si se desea, pueden torcerse los extremos de las bobinas antes de colocarlas en las ranuras de tipo abierto, pasando una barra o un perno por el bucle de un extremo de la bobina y aplicándole un esfuerzo de torsión mientras la bobina se mantiene extendida sobre cuatro clavijas o un bloque. Téngase presente que para hacer un devanado esmerado y bien equilibrado, es muy 27
importante que todas las bobinas tengan el mismo tamaño y la misma forma, y que los extremos estén retorcidos uniforme e igualmente. La figura 15 muestra una máquina utilizada para dar a las bobinas la forma adecuada y torcer sus extremos antes de colocarlas en las ranuras de tipo abierto.
Fig. 15. Máquina para conformar bobinas, que se utiliza para tensar las mismas en rombo sobre su molde apropiado y para retorcer sus extremos en la forma que puede verse. Esta máquina es ajustable para conformar bobinas de distintos tamaños.
FIG. 16. Varias bobinas de inducidos, en forma de bucles sin terminar y también de bobinas completamente terminadas y encintadas. Pueden verse también un rollo de cinta de algodón y la tela barnizada que se emplea para aislar las bobinas y las ranuras.
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La figura 16 muestra varias bobinas en sus diversas etapas de ejecución. La primera bobina de la izquierda es simplemente un bucle de la longitud apropiada, antes de encintarlo y darle forma. En el centro pueden verse 3 de esos bucles ya encintados. Las dos bobinas de la derecha están ya encintadas y conformadas. Se observará que los conductores que forman los extremos de las bobinas se han encintado también para protegerlos y marcarlos. Puede verse también a la izquierda del grabado un rollo de cinta de algodón del tipo empleado para encintar estas bobinas, y debajo de la cinta y de las bobinas hay una hoja de papel de pescado y un rollo de tela barnizada, como la empleada para aislar las ranuras.
DEVANADOS IMBRICADOS Y ONDULADOS Los devanados de los inducidos pueden dividirse en dos clases generales, según los métodos empleados para conectar las bobinas al conmutador. Estos dos tipos son los llamados devanados con recubrimiento o imbricados y devanados ondulados. Estos nombres se derivan del aspecto de las bobinas cuando se las sigue después de colocadas.
Fig. 17. Conexiones para un devanado por encubrimiento, en A, y un devanado ondulado en B. Obsérvese atentamente la forma como los conductores terminales de las bobinas se elevan a las delgas del conmutador. La figura 17 es una sección de un devanado imbricado. Empezando por la bobina de la izquierda, puede seguirse la trayectoria de la corriente por esta bobina, según indican las flechas, y después por la bobina siguiente, etc. Las bobinas son todas iguales, pero la de la izquierda se ha dibujado con líneas más gruesas para que resulte más fácil seguir la primera. Examinando este esquema vemos que cada bobina solapa o recubre la siguiente al ir siguiendo el circuito por ellas; de aquí el nombre de devanado con recubrimiento o imbricado.
La figura 17B muestra el método para conectar las bobinas de un devanado ondulado.
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Empezando por el conductor del extremo izquierdo, se sigue la trayectoria de la corriente por las dos bobinas indicadas por las líneas gruesas. Obsérvese la situación de los polos inductores norte y sur, indicados por los rectángulos de líneas de trazos marcados N y S. Siguiendo el circuito, vemos que cada bobina del mismo está separada de la anterior por la distancia de un par de polos, y podrá observarse el aspecto ondulado de las dos bobinas trazadas con líneas gruesas; y de este aspecto se ha derivado el nombre de devanado ondulado. Los devanados con recubrimiento suelen llamarse devanados en paralelo y se emplean por lo general para los voltajes bajos y las máquinas que tienen que soportar corrientes
intensas. Los devanados ondulados suelen llamarse devanados en serie y se emplean por lo
general en las máquinas de voltaje más alto y corrientes menos intensas. Siguiendo un devanado imbricado desde una escobilla hasta la siguiente, encontrarnos un cierto número de bobinas o circuitos en paralelo entre esas escobillas: en tanto que si seguimos un circuito de un devanado ondulado, encontramos un cierto número de bobinas en serie entre las escobillas positivas y negativas. Tanto los devanados imbricados como los ondulados se emplean en los inducidos de las máquinas de una fracción de HP hasta centenares de HP. El tipo de devanado elegido por el proyectista depende de varios factores relacionados con los requisitos eléctricos y mecánicos de la máquina. Los devanados ondulados necesitan solamente dos escobillas en el conmutador, en tanto que los devanados imbricados necesitan el mismo número de escobillas que de polos inductores. Los devanados ondulados son de uso común en los motores de tranvías y de locomotoras eléctricas, porque estas máquinas se emplean, por lo general, con voltajes bastante altos. Otra ventaja de las máquinas con devanados para esta clase de trabajo es que sus dos juegos de escobillas pueden ponerse en polos adyacentes y también en el lado del conmutador que resulte más cómodo y accesible para inspeccionar y reparar. La tabla 3 da el número de escobillas, la distancia entre ellas y el número de circuitos para los devanados imbricados y ondulados con diferente cantidad de polos. Esas cifras se dan para los devanados símplex, que se explicarán más adelante. TABLA 3 Número de escobillas, espaciamiento entre ellas y circuitos en los devanados imbricado y ondulado de diversa cantidad de polos Tipo
Polos Escobillas Espaciamiento Circuitos 2 2 180º M. 2 4 4 90º 4 6 6 60º 6 Imbricado 8 8 45º 8 10 10 36º 10 12 12 30º 12 4 4 90º 4 6 6 60º 6 Ondulado 8 8 45º 8 10 10 36º 10 12 12 30º 12
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Circulación de la corriente por un devanado imbricado La figura 18 muestra un devanado completo de 4 polos del tipo imbricado símplex. Este esquema muestra la posición de los polos inductores, indicados por medio de líneas de trazos y marcados N y S. Señala también la dirección de la corriente que circula por los conductores del inducido que están debajo de cada polo y la posición de las escobillas en relación a la de los polos. Se observará que las dos escobillas negativas están conectadas juntas en paralelo y que también lo están las dos escobillas positivas. Este devanado se ha representado desarrollado sobre un plano para que resulte más fácil seguir todo el circuito y ver todas las bobinas. Las seis últimas ranuras de la derecha sólo tienen un lado de una bobina cada una, en tanto que todas las demás tienen cada una dos lados de bobinas. Si esas bobinas estuvieran colocadas en un inducido redondo con 24 ranuras, como hay en la figura, los 6 primeros lados de las bobinas de la izquierda se superpondrían a los de las seis últimas de la derecha; y los lados superiores de las bobinas A, B, C, D, E, F, estarían en las mismas ranuras, respectivamente, que los lados de las bobinas A', B', C', D', E', F'. Es fácil seguir el paso de la corriente por este devanado empezando en la escobilla negativa, G, y entrando por el conductor terminal de la izquierda, a, de la bobina A. siguiendo alrededor de esta bobina, y saliendo de ella por su conductor terminal de la derecha. Puesto que no hay ninguna escobilla sobre la delga 2 del conmutador, tenemos que volver a entrar por el conductor terminal de la izquierda de la bobina B, siguiendo esta bobina y saliendo por su conductor terminal de la derecha, después por las bobinas C, D, E y F de la misma manera, saliendo por el conductor terminal de la derecha de la bobina F, hasta la escobilla positiva H. Esto completa un circuito. Después se sigue el otro circuito, que parte de la misma escobilla G, por el conductor terminal de bobina b, y continúa por la bobina situada en el extremo de la derecha del devanado. Sígase esta corriente en sentido contrario al reloj por las bobinas F, E', D', C', B' y A', saliendo por la escobilla positiva I. Los otros dos circuitos que parten de la escobilla negativa I pueden seguirse de una manera análoga, empezando por los conductores terminales c y d. Vemos, pues, que tenemos cuatro circuitos en paralelo, o sea, el mismo número que polos. Obsérvese que hay seis bobinas en serie en cada circuito, y que el número de bobinas por circuito es igual al número total de bobinas dividido por el número de circuitos. Comparando este devanado con el esquema A de la figura 17, podemos ver que en lugar de espiras sueltas tenemos un cierto número de bobinas conectadas todas ellas en serie, de manera que el final de cada bobina está unido al comienzo de la siguiente y así sucesivamente. Todas las bobinas dé un devanado dado están conectadas como la primera. Los dos extremos de cada bobina están conectados a delgas contiguas del conmutador, y esta conexión se conoce con el nombre de conexión símplex. Cada bobina está en dos ranuras y se extiende sobre las ranuras intermedias. Están colocadas en las ranuras, una después de otra, por todo alrededor del inducido. Con el fin de disponer los extremos de las bobinas de una manera más compacta y en menos espacio, se pone un lado de cada bobina en el fondo de la ranura y el otro lado en la parte superior de la ranura correspondiente. Esto permite que los extremos de las bobinas se ajusten bien sin cruzarse innecesariamente.
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FIG. 18. Devanado imbricado completo de 4 polos, del tipo símplex., Obsérvese cómo están colocadas las bobinas en las ranuras, con un lado de cada bobina en el fondo de una ranura y el otro en la parte superior de la otra ranura correspondiente. Estúdiese bien este devanado con las instrucciones dadas en el texto.
Luz de las bobinas El número de ranuras abarcadas por una bobina se llama luz de la bobina. Los dos factores de los que depende la luz de la bobina son el número de ranuras del núcleo y el número de polos. Cuando se conoce el número de ranuras y el número de polos de una máquina cualquiera, puede hallarse la separación total correcta de la luz de la bobina para el devanado de su inducido como sigue: se divide el número total de ranuras por el número de polos, y el número entero inmediatamente superior al así obtenido será el de ranuras que debe abarcar la luz de la bobina. Por ejemplo, si tenemos un inducido con 21 ranuras y la máquina tiene 4 polos, entonces 21 : 4 = 5,25. Por supuesto, la luz de la bobina ha de ser un número entero y no un decimal y, por consiguiente, se elige el número inmediato superior, esto es, que la luz de la bobina comprenderá 6 ranuras. El lado superior de la bobina Nº 1 estará en la ranura Nº 1 y el lado inferior en la ranura Nº 6. En otro caso, tenemos un inducido de 28 ranuras que hay que devanar para una máquina de 4 polos. Entonces, 28:4 = 7, y el número entero inmediatamente superior es 8 y, por consiguiente, utilizaremos una luz de 1 a 8.
Fig. 19. Inducido de C.C. preparado para devanarlo. Se limpian y se alisan las ranuras, y los cuellos de las delgas del conmutador tienen ya las ranuras en las que se pondrán los conductores terminales de las bobinas.
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Preparación de un inducido para devanarlo Sabiendo ya cómo se hacen las conexiones para un devanado ondulado o imbricado, y cómo se averigua la luz correcta de una bobina para un número dado de ranuras y polos, el paso siguiente sería la colocación de las bobinas en las ranuras. Sin embargo, antes de hacer esto hay que preparar y aislar las ranuras para proteger las bobinas e impedir que hagan masa con los costados o las esquinas de las mismas. Las ranuras deben alisarse con una lima plana para quitarles los bordes agudos y las rebabas que se encuentran a menudo en el fondo y los costados de ellas. El conmutador debe prepararse también haciendo una ranura en el cuello de cada delga, en la cual se colocarán los conductores terminales procedentes de las bobinas. Debe conectarse también entre cada dos delgas o segmentos una lámpara de prueba de 110 voltios para asegurarse de que no están en corto circuito a consecuencia de algún defecto del aislamiento de mica entre ellas. Debe hacerse también una prueba entre las delgas y el eje para tener la seguridad de que ninguna parte del conmutador hace masa con aquél. Esto debe hacerse siempre antes de empezar un devanado, porque si el conmutador tiene algún defecto no funcionará bien el inducido que se haya devanado en él. La figura 19 es un núcleo de inducido y el conmutador preparados para hacer el devanado, y en la figura 20 puede verse un núcleo de inducido con el aislamiento colocado en las ranuras. Se observará que se deja que este aislamiento sobresalga ligeramente de los extremos de cada ranura para proteger las bobinas de sus bordes agudos, y también, por encima de los bordes superiores de las ranuras, una corta distancia para facilitar la colocación de las bobinas dentro de ellas e impedir que el aislamiento que las recubre se arañe y se estropee cuando se coloquen en las ranuras. Se ve también el aislamiento que recubre el anillo que sujeta las bobinas en el extremo de la izquierda del inducido. Todas las partes metálicas en las cuales pueden apoyarse las bobinas deben aislarse muy bien, envolviéndolas con papel de pescado o tela barnizada y cinta, antes de colocar las bobinas en las ranuras.
Fig. 20. Este inducido tiene colocado el aislamiento de las ranuras, las cuales están ya listas para recibir las bobinas y se observará también que el anillo que sujeta las bobinas en el extremo de la izquierda se ha envuelto con cinta aislante. El inducido está montado sobre un soporte y puede girar libremente para que resulte más cómoda la colocación de las bobinas en las ranuras.
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Colocación de las bobinas para un devanado imbricado Estudiando los diferentes esquemas de la figura 21, se comprenderá bien el método seguido para colocar las bobinas en las ranuras. En los tres esquemas superiores A, las bobinas están devanadas de izquierda a derecha, como indica la flecha. Obsérvese la manera como cada bobina recubre la anterior, y cómo los extremos en forma de rombo de las bobinas les permite encajar unas en otras, si se les ha dado la forma apropiada y se han torcido debidamente sus extremos o vértices más separados. Para obtener un buen devanado es esencial que todas las bobinas tengan exactamente el mismo tamaño y que encajen uniformemente en las ranuras y se acoplen bien sus extremos. Para hacer un devanado robusto y bien equilibrado es necesario tener mucho cuidado y contar con experiencia en esos respectos. Las bobinas B de la figura 21 están devanadas dentro de las ranuras en la dirección opuesta alrededor del inducido, o sea, hacia la izquierda cuando se mira desde el extremo del conmutador.
FIG. 21. Método para colocar las bobinas de un devanado imbricado en las ranuras. Obsérvese el sentido en que están colocadas las bobinas, o en que avanzan alrededor del núcleo según la forma en que estén torcidos sus extremos. 1. Conductor terminal en la parte de arriba. 2. Conductor en el fondo. 3. Conductor en el fondo. 4. Conductor terminal en la parte de arriba. Los inducidos pueden devanarse en cualquiera de los dos sentidos, ya que esto no influye nada en su funcionamiento. El sentido en que se colocan las bobinas depende de la forma del torcido en sus vértices extremos, y el punto importante que hay que recordar es que si las bobinas tienen la forma indicada en A, han de colocarse en las ranuras hacia la derecha, si se quiere que sus extremos se acoplen bien unos a otros y formen un conjunto compacto. Si el torcido de los vértices extremos de las bobinas se hace en el sentido opuesto, como en B, hay que colocar las bobinas en el inducido de derecha a izquierda. A veces las bobinas encajan muy exactamente en las ranuras y es necesario utilizar un botador o alguna herramienta apropiada para obligarlas a penetrar hasta el fondo de la ranura. Puede hacerse un botador apropiado con un trozo de fibra dura de unos 7,5 cm de 34
ancho por 15 cm de largo y de un grosor tal que pueda entrar fácilmente por la abertura superior de la ranura. Una vez que se ha empezado a introducir la bobina en la ranura, se pone este botador encima golpeándolo con un mazo de madera se empuja la bobina hasta el sitio que debe ocupar. Sin embargo, debe tenerse mucho cuidado en no aplicar demasiada fuerza, pues ello podría dar como resultado que se estropeara el aislamiento de la bobina. Una vez que se ha colocado el lado o costado inferior de la primera bobina en su sitio de la ranura (dejemos por ahora fuera la parte superior de esta bobina), debe llevarse hasta el conmutador el conductor terminal de la bobina que queda debajo y sujetarlo en la ranura de la delga correspondiente. El ángulo de este terminal, ya sea que conecte con una delga en línea con el eje de la bobina, como en la figura 21, o que conecte directamente a una delga en línea con el lado o costado de la bobina, dependerá de la posición de la escobilla con respecto a los polos inductores. Un poco más adelante se da una explicación de esos dos métodos diferentes para conectar debidamente los conductores terminales de las bobinas. Ahora la primera bobina está en su sitio y su lado inferior está dentro de la ranura, el conductor terminal inferior se ha conectado a la delga del conmutador, pero el lado superior de la bobina ha quedado fuera de su ranura y el conductor terminal superior está sin conectar. Después debe colocarse la segunda bobina en la ranura contigua y conectarse su conductor terminal inferior a la delga contigua del conmutador, pero dejando fuera también el lado superior de esta bobina y su conductor terminal superior, como se hizo con la primera. Las dos bobinas siguientes se colocan en las ranuras de la misma manera. Cuando se inserta la quinta bobina, pueden ponerse los dos lados en las ranuras, ya que la luz de la bobina es de 1 a 5 y el lado superior de la quinta bobina deberá estar dentro de la ranura en que se halla el lado inferior de la primera bobina. El conductor terminal superior de la quinta bobina debe dejarse desconectado del conmutador.
Conexión de las bobinas A partir de este punto pueden ponerse dentro de las ranuras IOS dos lados de todas las demás bobinas a medida que progresa el devanado, pero todos sus conductores terminales superiores deben desconectarse hasta que estén metidas todas las bobinas y estén en su sitio todos los conductores terminales inferiores. Después debe arrollarse fuertemente una capa de tela barnizada alrededor de los conductores terminales inferiores y esta tela debe tener una anchura suficiente para que se extienda desde los extremos o vértices de las bobinas hasta el conmutador, de modo que separe y aísle completamente los conductores terminales inferiores de los superiores. Estos últimos pueden conectarse entonces a las delgas del conmutador como sigue: El conductor terminal superior de la bobina Nº 2 de la figura 21 se conectará a la delga Nº 2, con el conductor terminal inferior de la bobina Nº 1. Después de hacer esmeradamente esta primera conexión, pueden conectarse todos los demás conductores terminales de la misma manera: el conductor terminal superior de la bobina Nº 3, con la delga Nº 3; el conductor terminal superior de la bobina Nº 4, con la delga Nº 4, etc. Una vez que se hayan colocado todos los conductores terminales superiores, debe probarse muy bien el devanado para ver si tiene cortos circuitos, circuitos cortados o abiertos o masas. Esto debe hacerse siempre antes de soldar los conductores termínales al conmutador. Más adelante se explicará el método que se emplea para hacer esas pruebas. Ahora estamos ya listos para arreglar el aislamiento sobrante en la parte superior de las ranuras. A este fin se doblan los bordes directamente sobre la bobina y se colocan encima las cuñas que sujetan las bobinas. Si las ranuras no tienen labios o muescas para mantener las cuñas, debe sujetarse el inducido con alambres de acero formando bandas. Es frecuente sujetar también los conductores terminales superiores con bandas de
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alambre de acero o bramante fuerte para mantenerlos rígidamente en posición e impedir que sean lanzados fuera por la fuerza centrífuga, cuando el inducido gira a gran velocidad. Si se emplea alambre de acero para sujetar con bandas estos conductores terminales, deben arrollarse primero sobre ellos varias capas de papel de pescado o tela barnizada, para impedir cualquier corto circuito entre ellos y el alambre de acero.
Devanados ondulados Hemos explicado la forma de las bobinas onduladas, sus conexiones y también en qué se diferencian de los devanados imbricados. Los devanados ondulados tienen la ventaja de que sus bobinas quedan mejor sujetas, por la manera corno se colocan en el inducido. Esto se debe a que los extremos de las bobinas se doblan en la ranura en sentido contrario al de los lados en el vértice de la bobina, mientras que los de las bobinas de los devanados imbricados están doblados en el mismo sentido, como puede verse claramente en la figura 22. Citando un inducido está funcionando, desarrolla una fuerza centrífuga considerable que tiende a lanzar los devanados fuera de las ranuras; por consiguiente, cuanto más robusto puede hacerse el devanado tanto mejor. Los motores de arranque de los automóviles tienen a menudo devanados ondulados dentro de las ranuras abiertas e incluso sin bandas sobre el inducido. Esto se hace porque la resistencia mecánica de las gruesas bobinas onduladas basta para mantener el devanado en su sitio. Las grandes máquinas de C.A. que tienen rotores devanados utilizan con alguna frecuencia los ondulados, debido a la mayor resistencia mecánica que éstos tienen tina vez que se han terminado.
Fig. 22. A, bobina de un devanado ondulado. B, bobina de un devanado imbricado. Obsérvese la diferencia en la manera como cada extremo o conductor terminal es llevado hasta las delgas del conmutador y la forma en que los dos lados de la bobina ondulada es abierta en dos direcciones por el ángulo que forman sus conexiones delantera y trasera. La figura 24 muestra un esquema de un devanado ondulado completo. Siguiendo las bobinas se ve que sólo hay dos circuitos en paralelo entre la escobilla positiva y la negativa, pero que hay ocho bobinas en serie. Para cerrar los circuitos de todas las bobinas solamente se necesitan dos escobillas, pero también pueden emplearse más, si se desea, para reducir la intensidad de la corriente en cada una de las escobillas. Puede haber tantos grupos de escobillas como polos haya.
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En la figura 24, las dos bobinas indicadas por X y X están ahora cortocircuitadas por la escobilla positiva.
FIG. 23. Inducido completamente devanado, salvo que haya que poner en su sitio los lados superiores de las últimas bobinas, y conectar los conductores terminales de las bobinas al conmutador.
FIG. 24. Devanado ondulado, progresivo, simétrico y del tipo símplex de 4 polos, completo, para un inducido con 17 ranuras. Obsérvense la luz de la bobina y el paso del conmutador, y sígase el circuito de las dos bobinas señaladas por líneas gruesas. Conmutador con 17 delgas, luz de la bobina de 1 a 5 y paso del conmutador de 1 a 10.
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Cada par de bobinas tiene que invertir su polaridad al moverse desde un polo al siguiente y esta corriente debe invertirse cuando las delgas que conectan esas bobinas son puestas en corto circuito por la escobilla o, explicado en otras palabras, la escobilla debe poner en corto circuito la bobina siempre que esta última pase por el plano neutro en el eje del espacio entre los dos polos. A veces un segmento de mica estará en línea con el eje de la bobina y en este caso empezamos a contar desde la delga siguiente hacia la derecha como la Nº 1. Si el paso del conmutador es por casualidad un número impar, dividiendo este número por 2 se obtendrá un número entero y una fracción, y en este caso en lugar de este mixto resultante de la división debernos emplear el número entero inmediatamente superior. Después que se ha colocado la primera bobina, pero con su lado superior y su conductor terminal superior fuera, se inserta la segunda bobina en la ranura siguiente hacia la derecha y el conductor terminal inferior se conectará a la delga contigua a la derecha de la primera. La tercera y la cuarta bobinas se insertan de la misma manera, dejando fuera sus lados y conductores terminales superiores. Los dos lados de la quinta bobina pueden colocarse en las ranuras, pero su conductor terminal superior debe dejarse aún desconectado y lo propio debe hacerse con todos los demás conductores terminales superiores hasta que estén colocadas todas las bobinas en sus ranuras correspondientes. Una vez que se ha completado el devanado alrededor del inducido y los cuatro lados inferiores de las cuatro últimas bobinas están en sus ranuras respectivas, pueden ponerse sobre ellas los lados superiores de las primeras bobinas. Después que se han colocado en su lugar todos los lados de las bobinas y todos los conductores terminales inferiores, se conectan a las delgas del conmutador los conductores terminales superiores.
Determinación del paso del conmutador y conexión de las bobinas de los devanados ondulados El inducido representado en la figura 24 tiene 17 ranuras y 17 delgas en el conmutador y el sistema de conexión empleado es el símplex. Lo utilizaremos como un ejemplo para determinar el paso del conmutador. Sabemos que para un devanado ondulado: Paso del conmutador=
delgas + plex +I ½ numero de polos
O sea: Paso= 17 + 1 = I 2 en donde: 17= número de ranuras I= simples 2= ½ de 4 polos Y el resultado es: 9 + 1 = 10 de paso del conmutador. En un conmutador de paso 10, el conductor terminal procedente del lado superior de una bobina se conectará con la del a Nº 1 y el conductor terminal procedente del lado inferior de la misma bobina se conectará con la delga Nº 10, contando hacia la bobina que se está verificando. Una vez que se ha conectado el primer conductor terminal superior, se conectan todos los demás de la misma manera.
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Después se ponen las cuñas en el devanado terminado y las bandas, si son necesarias, como en el caso del devanado imbricado. Debe tenerse presente que algunos inducidos no pueden tener devanados ondulados, a menos que se empleen bobinas o delgas del conmutador muertas. La fórmula para el paso del conmutador decide si un devanado puede ser o no ondulado. Cuando el paso del conmutador es un número entero seguido de una fracción, el devanado no puede ser ondulado a menos que se empleen bobinas o delgas muertas.
Elementos de los devanados La parte del devanado de inducido que está conectada entre delgas del conmutador es lo que se llama un elemento del devanado. Un elemento sencillo consistiría en una vuelta completa de un conductor. Cada lado de esta vuelta o esta bobina es un conductor del inducido o, como se dice a veces, un inductor; por consiguiente, cada elemento tendrá por lo menos dos conductores y puede tener muchos más según el número de vueltas o espiras por bobina. En muchos inducidos, las bobinas se componen de varios conductores en paralelo y los extremos o terminales de cada uno de esos conductores pueden conectarse a distintas delgas del conmutador. Esto exigirá, por supuesto, un número mayor de delgas en el conmutador que de ranuras en el inducido. Sin embargo, muchas máquinas se construyen de esta manera para reducir el voltaje entre las delgas. No es conveniente que el voltaje entre las delgas contiguas del conmutador sea demasiado elevado, por la mayor probabilidad de que se perfore el aislamiento de mica y la tendencia mayor a que salte un arco entre las delgas, cuando la máquina esté funcionando. Las partículas de carbón desprendidas de las escobillas y el polvo metálico procedente del conmutador tienden a producir pequeñas chispas o pequeños arcos de esta clase: y si el voltaje entre las delgas es demasiado elevado, se mantendrán los arcos Y hasta es posible que quemen el aislamiento de mica entre ellas. Si esta mica se quema profundamente o se chamusca, el resultado será un corto circuito entre las delgas, que hará que las bobinas del devanado se recalienten y tal vez se quemen. En las máquinas más grandes, el voltaje entre las delgas no suele ser mayor de 25 voltios aproximadamente. En las máquinas pequeñas puede variar entre 2 y 10 voltios; es, pues fácil ver que cuanto más alto sea el voltaje al que deberá trabajar la máquina tanto mayor será por lo general el número de delgas del conmutador. Este número de delgas lo fija el proyectista o el fabricante al construir las máquinas para un voltaje dado. El número de ranuras del inducido lo determina el de polos y el de ranuras que pueden utilizarse prácticamente por polo. Por supuesto, las ranuras no pueden ser demasiado numerosas, ni estar demasiado juntas, pues no existiría un grueso de hierro suficiente entre las bobinas para proporcionar una trayectoria magnética buena para el flujo inductor, a través del inducido. El número de ranuras suele tenerse en cuenta al determinar el número exacto de delgas del conmutador, ya que el de éstas suele ser un múltiplo del de ranuras. Por ejemplo, un inducido con 24 ranuras podría tener 24, 48 ó 72 delgas en el conmutador. En este último caso, las bobinas se devanarían con tres conductores en paralelo y los tres conductores terminales de cada bobina se conectarían a tres delgas contiguas. Vemos, pues, que los devanados de inducidos pueden llamarse de un solo elemento, de 2 elementos, o de 3 elementos, según el número de conductores en paralelo en las bobinas y el número de delgas en proporción al número de ranuras. PREGUNTAS DE EXAMEN 1. ¿Qué nombre se da a un bucle de conductor conectado entre dos delgas del conmutador? 2. a) ¿Se aplica al devanado ondulado el nombre de devanado en serio o en paralelo? b)
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¿Se emplea en las máquinas de alto o de bajo voltaje 3. ¿Qué significa la expresión luz de la bobina? 4. ¿Cuál sería la separación total correcta de la luz de las bobinas de un inducido con 15 ranuras destinado a un motor de 2 polos? 5. ¿Qué significa la expresión paso del conmutador? 6. ¿Cuál sería el paso del conmutador en un motor de 2 polos, con devanado ondulado, símplex, progresivo, con un conmutador de 29 delgas? 7. ¿Cuál es la diferencia entre un devanado progresivo y un devanado retrogresivo? 8. ¿Cuál es la diferencia media de voltaje entre las delgas de los motores pequeños? 9. ¿Cuántas escobillas se necesitan en una máquina de 4 polos con devanado imbricado? . r, ' ¿Cuántas escobillas se necesitan en una máquina de 8 polos con devanado ondulado.
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CAPITULO 3
DEVANADOS DE INDUCIDOS DE C.C. El devanado de inducidos puede parecer a primera vista una operación difícil, pero no lo es si se tiene la oportunidad de estudiar antes algunas de las reglas sencillas que deben seguirse. Sin embargo, no debe esperarse comprender bien y asimilarse todos los detalles en unos cuantos ratos de estudio, sin ninguna práctica. Esta es la razón por la cual recomendamos que el estudiante realice algunos trabajos prácticos mientras estudia el tema. Es conveniente practicar primero haciendo un devanado de inducido pequeño con bramante ordinario en lugar de un conductor de cobre. No queremos decir con esto que deba intentarse realizar un trabajo acabado con una cuerda, sino que debe practicarse simplemente poniendo la cuerda en las ranuras hasta que se comprenda bien cómo debe devanarse el conductor sobre el inducido. Una vez que se ha comprendido bien el método para pasar de un grupo de ranuras al siguiente, puede devanarse el inducido con verdadero alambre magneto.
Devanado de inducidos pequeños Muchos automóviles están equipados con calentadores de agua que emplean un pequeño motor de C.C. de 6 voltios. La información que sigue se ha tomado de un motor de esta clase. Supongamos que el devanado tiene algún defecto y que se ha examinado el motor y se han encontrado los datos que siguen: 2 polos 11 ranuras en el inducido 11 delgas en el conmutador 16 vueltas por bobina de alambre del Nº 24 S.C. E. El inducido tiene un devanado imbricado. La luz de la bobina es de 1 a 5. Se necesitarán aproximadamente 57 gramos de alambre conductor. Debe sacarse del inducido todo el alambre viejo y verificar minuciosamente el aislamiento de las ranuras para ver si se encuentra en buen estado y puede aprovecharse. También debe verificarse minuciosamente el conmutador para tener la seguridad de que no existe ningún corto circuito entre sus delgas o entre el conmutador y el eje. Las pequeñas ranuras en el cuello del conmutador deben limpiarse también con mucho cuidado para facilitar la soldadura de los alambres a las delgas.
Procedimiento para hacer el devanado Hemos visto que la luz de las bobinas es de 1 a 5 y que el tamaño del conductor es el Nº 24 S.C.E. Por consiguiente, obtenemos el conductor apropiado y empezamos el trabajo. Véase la figura 26. Podemos empezar por cualquier ranura y ponerle el Nº 1. Insertamos el alambre conductor en la ranura Nº 1, dejando aproximadamente sobre el extremo del conmutador con el fin de que dispongamos de una longitud suficiente para hacer la conexión con él.
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Fig. 26. Esquema de la colocación de las cuatro primeras bobinas en un inducido de 11 ranuras con una luz de bobina de 1 a 5. Las bobinas Siguientes se colocan en el núcleo del inducido en el mismo orden hasta que haya dos lados, de bobina en cada ranura. Después arrollamos 16 vueltas de alambre en las ranuras 1 y 5, y al volver hacia la ranura Nº 1 con la 16ª vuelta, nos detenemos en la ranura Nº 2 y hacemos un bucle de aproximadamente aproximadamente 10 cm de largo para la conexión con el conmutador. Después damos 16 vueltas en las ranuras 2 y 6 y al volver hacia la ranura Nº 2 con la vuelta 16ª, nos volvemos a detener en la ranura siguiente a la derecha, que será la Nº 3. Después damos 16 vueltas en las ranuras 3 y 7, etc. Esta operación se continúa, y, a medida que se termina cada bobina se pone la siguiente una ranura más lejos alrededor del inducido hasta que haya dos lados de bobina en cada ranura. Cuando se ha terminado la Última bobina se conecta el extremo del conductor con el único que hay en la ranura Nº 1. De esta manera tenemos un bucle o dos conductores saliendo de cada ranura. Ahora bien, puesto que sólo hay una delga del conmutador por cada ranura, el bucle o el par de conductores deben conectarse a una delga. Los dos conductores de la ranura Nº 1 se estiran y se sueldan a la delga del conmutador que está directamente en línea con la ranura. Debe rasparse primero el aislamiento que recubre al alambre conductor en el punto en que se conecta al conmutador. Entonces puede cortarse el trozo sobrante de conductor y descartarse. Después de terminar la primera conexión, se va cogiendo sencillamente por turno cada bucle y conectándolo a la delga contigua del conmutador a la derecha. Se hallará que todas las delgas están en línea con las ranuras de modo que todos los bucles salen rectos desde la ranura a la delga del conmutador. Los pequeños inducidos de este tipo no tienen siempre cuñas para retener el conductor en la ranura, pero, si se desea, pueden cortarse cuñas de fibra delgada e introducirlas en la ranura por encima del conductor y debajo de los bordes que hay en las delgas del inducido. Hay que procurar seguir las reglas indicadas y tomarse algún tiempo, todo el que sea necesario para realizar un buen trabajo al aplicarlas. El devanado que antecede es para un motor de C.C. de 6 Voltios y funcionará muy bien con C.A. de 8 a 12 voltios. Puede devanarse tanbien para funcionar con otros voltajes. Al devanar un motor para cualquiera de los voltajes siguientes, puede seguirse el mismo procedimiento indicado para el devanado de 6 voltios. La principal diferencia estará en el tamaño del conductor y en el número de vueltas.
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Devanado de 110 voltios Hágase el devanado del inducido poniendo 180 vueltas de alambre magneto Nº 36 en cada bobina. Los polos inductores tendrán que rebobinarse con 415 vueltas de alambre magneto Nº 30 en cada polo. (Las bobinas inductoras de 6 voltios tendrán originalmente 45 vueltas de alambre magneto Nº 21 en cada polo.) Puede utilizarse el mismo aislamiento de las ranuras, pero debe añadirse un trozo de tela barnizada de 0,18 mm en cada ranura para aumentar el aislamiento, puesto que el devanado se hace para 110 voltios. Este devanado permitirá al motor funcionar con C.C. o C.A. indistintamente.
Devanado para 3 voltios Hágase el devanado del inducido con 8 vueltas de alambre magneto del Nº 21 por bobina. Los dos polos inductores pueden conectarse en paralelo para reducir la resistencia lo suficiente para que la máquina pueda trabajar con 3 voltio, sin volver a rebobinarse.
Devanado para 32 voltios de C.C. Devánese el inducido poniendo 85 vueltas de alambre magneto Nº 31 por bobina. Los polos conductores deben rebobinarse poniendo 250 vueltas de alambre magneto Nº 28 por bobina.
Pequeño devanado de 2 elementos En los párrafos que s iguen explicaremos en detalle los métodos para devanar un inducido pequeño de 2 polos, dos elementos e inducido asimétrico que tiene 12 ranuras y 24 delgas. Primero deben revestirse las ranuras con papel aislante de 0,18 a 0,25 mm de espesor y con tela barnizada de unos 0,18 mm de grosor. El papel de pescado se coloca en la ranura contra el núcleo de hierro y después se pone la tela barnizada. Para completar el aislamiento del núcleo, se emplea por lo general en cada extremo una lámina de fibra que tiene la misina forma que las láminas de hierro del núcleo y en la que se ha cortado el mismo número de ranuras. De esta forma se protegen las bobinas en las esquinas de las ranuras. El inducido debe mantenerse o sujetarse con el extremo del conmutador hacia el operario. Al devanar la primera bobina, el número de vueltas dependerá del tamaño del inducido y de su voltaje nominal. Si se toma este número de las bobinas de un devanado viejo, deben contarse con cuidado las vueltas en una o varias bobinas viejas. Cuando se devana un inducido que tiene dos veces más delgas que ranuras, se arrollan dos bobinas en cada ranura, proporcionando así suficientes conductores terminales de bobinas para todas las delgas. Las primeras bobinas para este inducido deberán ponerse en las ranuras 1 y 7, haciendo el devanado hacia la derecha del eje, tanto en el extremo delantero como el trasero del núcleo. Después de arrollar una bobina, debe hacerse un bucle de unos 10 cm de largo en la ranura Nº 1. Luego se continúa arrollando el mismo número de vueltas otra vez, todavía en las ranuras 1a 7. Cuando se ha terminado la última vuelta, se hace pasar al conductor procedente de la 7ª ranura hasta la 2ª y se hace un bucle en la ranura Nº 2. Después se arrolla una bobina en las ranuras 2 y 8, y se hace otro bucle en la ranura Nº 2. Luego se pone otra bobina en las mismas ranuras 2 y 8 y se terminan con un bucle en la ranura 3, etc. De esta manera se ponen dos bobinas y se hacen dos bucles en cada ranura, y el mismo procedimiento debe seguirse hasta que haya dos bobinas y dos bucles en cada ranura. Luego debe doblarse el aislamiento de las ranuras sobre la parte superior de la bobina, y colocar las cuñas. En la operación siguiente se conectan los bucles al conmutador, un bucle a cada delga, y
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deben conectarse en el mismo orden que se hicieron en el devanado. Esto es, que el primer conductor y el último que quedaron sueltos se unen y se conectan a una delga directamente en línea con la primera ranura. El segundo bucle en la primera ranura se conecta a la delga siguiente, y el primer bucle en la segunda ranura se conecta a la siguiente. etc. Para evitar errores deben marcarse esos bucles con manguitos de algodón que se van poniendo en ellos a medida que se hacen. Deben ponerse manguitos rojos en el primer bucle de cada ranura y manquitos blancos en el segundo, y de esta manera será fácil localizar el primer bucle y el Segundo para cada ranura. Este devanado se utilizaría en una Máquina de dos polos y tiene dos circuitos con 12 bobinas cada uno. Si se aplicaran 110 voltios a este devanado, el voltaje entre las delgas contiguas del conmutador sería 110 : 12, o sea, 9,17 voltios, que 110 es un voltaje demasiado elevado entre las delgas contiguas. Si este misino inducido tuviera un conmutador con sólo 12 delgas, el voltaje entre cada dos de éstas sería 110 : 6, o sea, 18,33 voltios, que es demasiado alto para un inducido de este tamaño.
Elementos de devanados para inducidos grandes Cuando hay que devanar inducidos que tienen dos o tres veces más delgas que ranuras, se hacen las bobinas especialmente para el tipo de inducido de que se trata y se devanan con dos o más conductores en paralelo. En la figura 27A pueden verse las bobinas para inducidos de dos elementos. Esas bobinas se han devanado con dos conductores en paralelo y cuando la bobina está completa hay en cada envoltorio dos bobinas pequeñas o dos elementos. Estos dos elementos se sujetan juntos con cinta de algodón. Los conductores terminales superior e inferior de cada elemento se marcan con un manquito de un color y los del otro elemento con Manquitos de otro color. Esas bobinas se colocan en las ranuras como las bobinas de un solo elemento, siendo la única diferencia que hay dos conductores terminales inferiores que conectar en lugar de uno solo. Cuando se conecten los conductores terminales inferiores debe seguirse un sistema definido en los colores. Si se emplean manguitos de color negro y rojo para identificar los dos elementos, se conecta primero un conductor terminal negro y después uno rojo. Cuando se coloca la segunda bobina, vuelve a conectarse primero un conductor terminal negro y después uno rojo. Para evitar errores en las conexiones, deben conectarse todas las bobinas de la misma manera. Cuando se conectan los conductores terminales superiores, se emplea el mismo sistema y se conectan alrededor del inducido en el mismo sentido. Este método puede emplearse en cualquier inducido, cualquiera que sea la combinación de ranuras y delgas. La figura 27B muestra las bobinas para un devanado de tres elementos con tres conductores en paralelo en cada bobina y los' conductores terminales marcados con tres colores distintos. Esos colores se alternan cuando se conectan los conductores terminales inferiores, conectándose cada bobina sucesiva de la misma manera. Los conductores terminales superiores se conectan alrededor del inducido en el mismo sentido que se conectaron los inferiores y los colores se alternan de la misma manera.
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FIG. 27. A, conexiones de las bobinas imbricadas para un devanado de dos elementos. B.
conexiones para un devanado de tres elementos. Obsérvese como están conectados los arrollamientos separados de cada bobina a dos delgas distintas del conmutador. Un devanado ondulado puede ser 2, 3, 4 o más elementos el sistema para conectar esas bobinas es el mismo que para un devanado ondulado de un solo elemento, con la salvedad de que se conecta más de un conductor terminal de cada bobina al conmutador. Los conductores terminales se marcan con manguitos de color y se alternan los colores como en los devanados imbricados. Muchos devanados ondulados de 2 y 3 elementos tienen bobinas muertas que no se conectan en el circuito del inducido. Esto sucede cuando el número de delgas del conmutador es menor que un múltiplo del número de ranuras. Cuando un devanado tiene una bobina muerta, debe ser dejada en las ranuras para el equilibrado mecánico del inducido; pero si hubiera más de una bobina muerta en un devanado, pueden suprimirse, siempre que estén distribuidas uniformemente alrededor del núcleo del inducido.
Transformación de un motor viejo para adaptarlo a nuevas condiciones A menudo se desea cambiar el voltaje o la velocidad de un motor y en esos casos suele introducirse alguna variación en sus devanados. Sábenos ya que el voltaje de Un devanado de inducido depende del número de vueltas por bobina. Es, pues, evidente que si se introduce algún cambio en el número de vueltas entre las escobillas, influirá directamente en el voltaje. El voltaje correspondiente a un devanado variará en proporción directa al número de vueltas del mismo.
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Fig. 28. Métodos empleados para cambiar las conexiones de los polos inductores que estaban en paralelo para ponerlos en serie. de modo que puedan trabajar con un voltaje más alto. Por ejemplo, un devanado tiene 10 vueltas por bobina de conductores de un área de 2 mm2 y funciona a 110 voltios. Si queremos rebobinar esta para que funcione con 220 voltios, podemos hacerlo poniendo 20 vueltas por bobina de conductor de tina área de 4 mm. Este rebobinado funcionará con 220 voltios a la misma velocidad y produciendo el mismo número de HP que anteriormente con 110 voltios. Sin embargo, será necesario cambiar también las conexiones de las bobinas inductoras. Si antes estaban conectadas dos en serie y dos en paralelo, como en la figura 28A, podrían volverse a conectar todas ellas en serie como en la figura 28B y entonces trabajarían satisfactoriamente con 220 voltios Si las bobinas inductoras están conectadas todas en serie sobre 110 voltios, no pueden cambiarse para trabajar a 220 voltios sin rebobinarlas. Para hacerlo para un voltaje doble debemos emplear aproximadamente doble número de vueltas de un conductor de la mitad de tamaño que el que tenía antes. La resistencia de las bobinas inductora, tendrá que aumentarse para que soporten el voltaje aumentado. Esto reducirá, por supuesto, la intensidad de la corriente que circulará, pero el número adicional de vueltas mantendrá aproximadamente el misino número de amperios-vueltas en los electroimanes inductores. Si cambiamos el número de vueltas en el devanado de un inducido y aplicamos el mismo voltaje, su v elocidad cariará en razón inversa del número de v ueltas nuevo y antiguo. Por ejemplo, si se devana un inducido con un 25 por ciento más de vueltas, la velocidad disminuirá aproximadamente un 25% si se aplica a la máquina el mismo voltaje.
Devanados Múltiplex En algunos casos, cuando los devanados de inducido se han construido para soportar corrientes muy intensas y voltajes bajos, pueden disponerse las conexiones de manera que proporcionen un número mayor de circuitos en paralelo en los devanados. Los devanados conectados de esta manera se llaman devanados múltiplex. Los que hemos estudiado hasta ahora han sido todos devanados símplex; y en el caso de los devanados imbricados descritos tienen los conductores terminales, inicial y final de cada bobina, conectados a delgas contiguas del conmutador. La figura 29A Muestra una bobina de un devanado imbricado conectada de esta manera. Con las conexiones símplex un devanado imbricado sólo tendrá tantos circuitos en paralelo como polos inductores. Si desplazamos simplemente el conductor terminal final de Lina bobina una delga más
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allá, contando desde el conductor terminal inicial, y empleamos una escobilla más ancha para que abarque dos delgas en lugar de una, tendremos dos veces más circuitos que antes a través del devanado, o sea, dos circuitos por cada polo. Esto es lo que se llama una conexión dúplex, que se ha representado en la figura 29B Si desplazamos los conductores terminales una delga más, proporcionamos tres circuitos por polo, y tenemos lo que se llama una conexión triplex, como se indica en la figura 29C. En este caso, la escobilla tiene que ser suficientemente ancha para abarcar tres delgas del conmutador. La figura 30 ilustra la diferencia entre las conexiones simplex y dúplex, con esquemas simplificados de los devanados. Esos esquemas se han dispuesto de modo que muestren el devanado de una forma extendida o desarrollada sobre un plano. En el inducido real los extremos, de este devanado se unirán en los puntos marcados X y X. En la figura 30A puede verse una conexión sírnplex con los conductores terminales del principio y del final de cada bobina conectados a delgas adyacentes. Si empezamos por la escobilla positiva y seguimos el circuito hacia la izquierda hasta la escobilla negativa, pasaremos por 12 bobinas en serie; y lo propio sucederá si se sigue el otro circuito hacia la derecha, partiendo de la escobilla positiva hasta llegar al punto X, que está conectado a la escobilla negativa en el devanado real. Vemos, pues, que tenemos dos circuitos en paralelo entre las escobillas y que cada uno de esos circuitos se compone de 12 bobinas en serie. Si suponemos que cada bobina está arrollada con un número suficiente de vueltas para producir 10 voltios y con conductor de un tamaño que pueda resistir 5 amperios, este devanado producirá 120 voltios entre las escobillas y tendrá una capacidad total de 10 amperios.
Fig. 29. A. conexiones para una bobina de un devanado imbricado simplex. B. conexiones para un devanado imbricado dúplex, y C, las de un devanado imbricado tríplex. Esto se comprenderá fácilmente si se recuerdan las leyes que rigen los circuitos en serie y en paralelo. Sabemos que cuando varias bobinas se conectan en serie se suman sus voltajes. Por consiguiente, 12 bobinas de 10 voltios cada una producirán 12 'X 10, esto es, 120 voltios. Conectando los circuitos en paralelo no se aumenta su voltaje, pero sí se aumenta su capacidad para transmitir corriente; así, con dos circuitos de una capacidad de cinco amperios cada uno, conectados en paralelo, se conseguirá obtener una capacidad total de 10 amperios. En el esquema inferior de la figura 30B, hemos desplazado simplemente los conductores terminales, inicial y final de cada bobina, una delga y esto da como resultado, en realidad, que tengamos dos devanados separados o 4 circuitos en paralelo entre las escobillas positiva y negativa, En este esquema hemos alargado las bobinas de una sección, simplemente para que sea más fácil seguirlas por separado. Siguiendo uno cualquiera de esos cuatro circuitos desde la escobilla positiva a la negativa, hallamos ahora solamente 47
seis bobinas en serie. Por consiguiente, el voltaje de este devanado será 10 X 6, o sea, 60 voltios. Pero, puesto que tenemos ahora cuatro circuitos en paralelo entre la escobilla positiva y la negativa, la capacidad de intensidad de corriente de este devanado será 4 X 5), o sea, 20 amperios. Sin embargo, los vatios de cualquiera de los devanados serán los mismos.
FIG. 30. A, esquema simplificado del circuito de un devanado imbricado símplex. B, conexión dúplex del devanado doblando el número de circuitos entre la escobilla positiva y la negativa. El espacio abarcado por una escobilla en un devanado es, por lo general, igual al ancho de 1 delga a 1 1/3 delgas, en tanto que en un devanado dúplex o tríplex tiene que aumentarse dicho ancho en proporción. Los devanados ondulados pueden conectarse también en dúplex o tríplex, si el paso del conmutador es un número entero. Por consiguiente, la manera más segura para averiguar sin un inducido con devanado ondulado puede conectarse en dúplex o tríplex es calcular el paso del conmutador: y si este paso es un número entero y una fracción, el devanado no puede conectarse en forma múltiplex.
Plano neutro. Importancia para la conmutación Sabemos que la polaridad de las bobinas del devanado de una dínamo o un motor, tiene que invertirse cuando los lados de las bobinas pasan por el plano neutro entre dos polos inductores. A medida que el inducido gira y las delgas del conmutador pasan debajo de las escobillas, estas ponen repetidamente en corto circuito las bobinas que están conectadas a las escobillas contiguas. Para evitar las chispas en las escobillas, este corto circuito tiene que producirse en el momento en que la bobina está muerta, esto es, está pasando por un punto dentro en el cual no se induce en ella ningún voltaje. Esto significa que las escobillas tienen que estar siempre en la posición correcta con respecto a los polos inductores, para que puedan poner en corto circuito las bobinas en el momento apropiado. Este punto es de suma importancia para obtener una buena conmutación y, por, ello, se estudiará con más amplitud y detalle más adelante.
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Conexiones simétricas y asimétricas El ángulo con el cual salen de las ranuras los conductores terminales de las bobinas para ir al conmutador depende de la posición de las escobillas con respecto a los polos. Si las escobillas están colocadas en línea con los ejes de los polos inductores, cada conductor terminal sale de la ranura formando el mismo ángulo hasta dos delgas directamente en el eje de la bobina. Esta conexión es la que se conoce con el nombre de conexión simétrica, debido a que deja la bobina y los conductores terminales en la forma simétrica de un rombo. La figura 31A muestra esta conexión en una máquina que tiene la escobilla situada en línea con el eje del polo inductor y se observara que los conductores terminales tienen la misma longitud y salen de las ranuras para ir a dos delgas en el eje de la luz abarcada por la bobina. Si las escobillas de la máquina están situadas en un punto entre los polos inductores, hay que llevar los conductores terminales de las bobinas hacia un lado para que estén conectadas a las delgas en el momento en que son puestas en corto circuito por la escobilla. La figura 31B ilustra este caso. Un conductor terminal sale directamente de la ranura hasta llegar a la delga, mientras que el conductor procedente del otro lado de la bobina tiene que atravesarse para llegar a la delga adyacente. Esto es lo que se llama Una conexión asimétrica, por la desigual longitud y la forma desequilibrada de los conductores terminales de las bobinas. El que las escobillas estén en línea con el eje ele los polos inductores o en línea con el plano neutro depende, en grado considerable, del diseño mecánico de la máquina. En algunos casos, es mucho más fácil el acceso a las escobillas para ajustarlas y reemplazarla, si se colocan como en la figura 31B. En los motores pequeños de una fracción de HP se dispone por lo general de muy poco espacio entre los ejes de las bobinas inductoras y las tapas de los lados. Por consiguiente, los porta-escobillas están a mentido atornillados a las tapas en un punto entre los polos. Esto hace necesario el empleo de una conexión en los conductores terminales de las bobinas del inducido.
Fig. 31. Obsérvese la posición de las escobillas con respecto a los polos y también la forma de las conexiones de los extremos de las bobinas del devanado imbricado para obtener una conexión simétrica y otra asimétrica. En las máquinas grandes, en las que se dispone de mucho espacio para los portaescobillas, éstos suelen colocarse en línea con los ejes de los polos inductores, y los conductores terminales de las bobinas de] inducido están conectados simétricamente.
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Compilación de datos de los devanados viejos Cuando hay que rebobinar un inducido, debe tenerse cuidado en recoger los suficientes datos, mientras se está desmontando el devanado viejo, que permitan devanar correctamente el nuevo. Conviene marcar las ranuras y las delgas del conmutador de los cuales se saca la primera bobina y los conductores terminales correspondientes. Esto puede hacerse con un punzón o una lima, como se indica en la figura 32. Puede ponerse un punto debajo de la ranura en la cual está el lado superior de la bobina y dos puntos debajo de la ranura en la que está el lado inferior de la misma bobina; después se siguen los conductores terminales superiores hasta llegar al conmutador, y cada delga con la que estén conectados debe marcarse con un punto. Después se siguen los conductores terminales inferiores hasta el conmutador y cada una de las delgas con las que conectan debe marcarse con dos puntos. Esto puede hacerse tanto en los devanados imbricados como en los ondulados y es una manera positiva de marcar el núcleo y el conmutador para estar seguro de volver a colocar después las bobinas y rehacer las conexiones correspondientes correctamente. Si es necesario, puede hacerse también un esquema de las primeras bobinas que se saquen. Este esquema puede hacerse de manera semejante a los de la figura 32 y se puede mostrar la luz exacta de la bobina, el paso de conmutador, etc.
FIG. 32. Procedimiento sencillo y seguro para marcar el conmutador y el núcleo del
inducido cuando se desmonta un devanado viejo. Compárense esos esquemas con las instrucciones dadas en el texto, con el fin de poder reemplazar correctamente los devanados. Además de marcar el núcleo y el conmutador y de hacer un esquema de] devanado y las conexiones, deben recogerse minuciosamente los datos que se indican a continuación, al desmontar el devanado viejo. 1. Vueltas o espiras por elemento. 2. Dimensiones del conductor' 3. Aislamiento del conductor. 4. Aislamiento de la bobina. 5. Aislamiento de la ranura (capas, tipo y espesor), 6. Longitud que sobresale el aislamiento de la ranura desde cada extremo del núcleo. 7. Longitud que sobresalen los lados rectos de las bobinas de cada extremo del núcleo. 8. Longitud total que sobresale el devanado midiendo desde el núcleo, tanto en el frente como en la parte trasera. Si se observan minuciosamente todas esas cosas y se anotan, no se tropezará con 50
ninguna dificultad para sustituir correctamente cualquier tipo de devanado y volverlo a poner en el mismo espacio y con las mismas conexiones. Por supuesto, se necesitará alguna práctica para hacer las bobinas de modo que tengan exactamente el mismo tamaño y la misma forma y que encajen compactamente en el inducido.
Fajado de los inducidos Como se ha dicho, en los inducidos grandes que tienen bobinas pesadas se emplean, por lo general, bandas hechas con alambre de acero para sujetar fuertemente los extremos de las bobinas e impedir que la fuerza centrífuga las arroje hacia afuera. Si el núcleo tiene ranuras abiertas, suelen ponerse a menudo bandas sobre el núcleo para sujetar las cuñas e impedir que se salgan. Con este objeto, suele emplearse alambre de acero de piano que puede obtenerse en rollos de diversos tamaños. Este alambre suele estañarse en la fábrica. Cuando no se dispone de una máquina especial para hacer estas bandas, puede utilizarse un torno para sujetar el inducido mientras se arrollan aquéllas. Suele ponerse una capa de papel o tela debajo de la banda. La tela es una base excelente para las bandas colocadas sobre los extremos de las bobinas, ya que contribuye a impedir que las bandas se salgan resbalando. Debajo de las bandas de alambre colocadas alrededor del núcleo puede ponerse una capa de cartón Fuller o papel de pescado. En los núcleos con ranuras abiertas suelen disponerse ranuras para colocar las bandas, de aproximadamente 0,8 mm de profundidad. El papel debe cortarse a la anchura exacta de esta ranura de banda de modo que encaje bien en ella y no sobresalga por ningún lado. Los alambres de las bandas deben arrollarse aplicando cierta tensión, de modo que queden bien juntos y apretados cuando se ha terminado la tarea. Puede hacerse una mordaza o un freno muy sencillo para tensar el alambre, cortando dos tiras de fibra de 6 mm por 38 mm por 15 cm, y sujetándolas bien apretadas, por medio de dos pernos pequeños provistos de tuercas de mariposa, uno en cada extremo. Esos dos trozos de fibra se colocan en el porta-herramientas del torno y se hace que corra el alambre de acero entre ellos. Después, regulando las dos tuercas puede obtenerse cualquier tensión que se desee. Para empezar la primera banda, se hace un gancho con un alambre más grueso Y se sujeta fuertemente al alambre con el que se va a hacer la banda. Después se pone el gancho debajo de los extremos de un par de bobinas, cerca de los extremos de las ranuras del inducido y se empieza a arrollar el alambre sobre el núcleo. Se comienza haciendo dos o tres vueltas, avanzando gradualmente alrededor del núcleo hasta llevar el alambre de banda sobre la primera ranura de banda. Al arrollar la primera vuelta sobre esta ranura deben ponerse estrechas tiras de hojalata debajo del alambre en la ranura, o separadas entre sí unos cuantos centímetros alrededor del núcleo. Tensando bien la primera vuelta. Se mantendrán esas tiras en sus respectivos sitios y después se arrollan sobre ellas otras vueltas. El alambre debe arrollarse con las vueltas bien juntas hasta que esté llena toda la parte ranurada para la banda. Después se doblan los extremos de las diversas tiras de hojalata para mantener los alambres en su lugar, se hace pasar el alambre la ranura de banda siguiente, avanzando gradualmente con un par de vueltas alrededor del núcleo, y se empieza la siguiente banda sin cortar el alambre. Después se continúa empleando el mismo procedimiento hasta hacer todas las bandas. Finalmente, antes de aflojar la, tensión aplicada al alambre, se pone una delgada capa de soldadura. a través de cada grupo de alambres. en diversos sitios para impedir que se aflojen cuando se cortan los extremos del alambre.
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Fig. 33. Algunas de las herramientas más comúnmente empleadas para devanar inducidos. Después se cortan los alambres que quedan entre las diferentes bandas, cortándose de modo que los extremos tengan el largo apropiado para que puedan ponerse directamente debajo de alguna, de las tiras de hojalata que se pusieron antes. Luego se doblan firmemente los extremos de todas esas tiras y se sueldan con una delgada capa de soldadura. Esas tiras de hojalata suelen ser de un espesor aproximado de 0,4 mm y de una anchura de 6 mm, y deben cortarse del largo suficiente para que sus extremos puedan doblarse sobre las bandas solapando aproximadamente 6 mm sobre ellas.
Pruebas de inducidos Hemos mencionado antes la importancia que tiene saber hacer pruebas sistemáticas el, los inducidos para localizar defectos y averías en sus devanados. Uno de los dispositivos más comúnmente empleados con este objeto es el llamado probador d e inducidos, al que se aplica también a veces los nombres de vibrador y aullador . El vibrador se construye con paquetes de láminas de hierro en forma de un núcleo, alrededor de cuyo centro se devana una bobina con un conductor aislado, como se indica en la figura 34. Cuando se conecta la bobina a Lina línea de corriente alterna, se crea un campo magnético alterno potente entre los dos polos del vibrador. Los vibradores se hacen con las caras de los polos formando un ángulo, como se indica en la figura 34A, con objeto de poder poner entre ellos inducidos pequeños y de tamaño medio. Se hacen también con los polos en la forma representada en la figura 34B, de modo que puedan utilizarse cómodamente en el interior de los grandes devanados de corriente alterna, como se explicara mas adelante. El vibrador representado en B tiene sus arrollamientos dispuestos en dos bobinas 52
separadas y sus extremos están conectados a un interruptor bipolar de dos direcciones, de modo que puedan ponerse las bobinas en serie o en paralelo cambiando la posición del interruptor. Esto permite emplear el vibrador con 110 ó 220 voltios y hace también posible ajustar la intensidad de su campo magnético para probar devanados con diferentes números de vueltas y de alta o baja resistencia.
Fig. 34, Dos tipos de vibradores, El de A es para probar inducidos y el de B se usa dentro de los núcleos de los estatores. Obsérvese el interruptor y la bobina doble del vibrador representado en B, pudiéndose utilizar este sistema conectando las bobinas en serie o en paralelo con el fin de variar la intensidad del flujo del vibrador.
Funcionamiento y uso del vibrador Cuando se pone un inducido en un vibrador y se hace pasar corriente por su bobina, el flujo producido entre los polos del vibrador aumenta y disminuye con cada alternancia de las corrientes; por consiguiente, corta las bobinas del inducido y crea en ellas un voltaje, de una manera análoga a como sucede en un transformador. Si no existe ningún defecto en el devanado del inducido, no pasará ninguna corriente por sus bobinas a consecuencia del voltaje inducido por el vibrador; pero, si existe un corto circuito entre dos delgas o entre las espiras de una bobina, circulará una corriente alterna por esta bobina cortocircuitada cuando se la coloca en ángulo recto con el flujo del vibrador. Esta corriente secundaria, que circula por la bobina del inducido, creará un flujo alterno alrededor de ella y en los dientes o los bordes de sus ranuras. Ahora bien, si, ponemos sobre el hueco de esta ranura una lámina delgada de acero, como una hoja de sierra, el acero vibrará rápidamente. Un corto circuito es el único defecto que dará esta indicación; vemos, pues, que éste es un método muy sencillo para descubrir bobinas de inducidos de corto circuito. Es preferible hacer todas las pruebas con un vibrador sobre las bobinas que estén en la misma posición con relación al flujo de aquél; por consiguiente, a medida que pasamos la prueba desde una ranura a la siguiente, debe hacerse girar el inducido con objeto de hacer las pruebas con cada bobina en la misma posición. A veces es difícil hacer girar el inducido sin acortar la corriente en la bobina del vibrador.
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Fig. 35. Conexiones de un amperímetro y un reóstato, con agujas de prueba puestas en un mango de madera o fibra. Esta combinación de amperímetro y conductores de prueba se emplea para localizar defectos en los devanados de inducido, Es muy frecuente emplear con el vibrador un amperímetro, con una escala que permita leer de 2,5 a 10 amperios. Debe conectarse un reóstato en serie con el amperímetro y un par de conductores de prueba, como se indica en la figura 35. Esos conductores se componen de dos trozos de cable flexible de uno o algunos metros de longitud en cuyos extremos se han sujetado agujas de contacto. A veces se hacen estas agujas con un trozo de acero de resorte o latón y se sujetan a una pieza con mango de madera o fibra de modo que puedan acercarse o separarse a capricho. De esta manera se facilita la prueba de las delgas contiguas o de delgas más separadas. Si se ponen esos conductores de prueba tocando a un par de delgas contiguas que estén conectadas a una bobina que se encuentre dentro del flujo del vibrador, se obtendrá una lectura definida en el amperímetro. Si continuamos alrededor del conmutador, probando pares de delgas adyacentes mientras se hace girar al inducido para hacer la prueba en bobinas que estén en la misma posición, cada par de delgas debe dar la misma lectura. En el caso de una bobina defectuosa, la lectura puede aumentar o disminuir, según la naturaleza del defecto.
Indicaciones del vibrador en los devanados ondulados Cuando se prueban inducidos con devanados ondulados, si está en corto circuito una bobina, la indicación del instrumento se producirá en cuatro lugares alrededor del inducido. La figura 36 muestra el devanado ondulado de un inducido de cuatro polos en posición para probarlo en un vibrador. Las líneas gruesas representan dos bobinas que completan un circuito entre las delgas contiguas 1 y 2. El lado anterior de una de esas bobinas y el posterior de la otra están conectados a la delga lo. Se vera por este esquema que un corto circuito entre las delgas 1 y 2 haría vibrar nuestra lámina de acero sobre las cuatro ranuras marcadas por los círculos dobles pequeños que se ven en el grabado.
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Fig. 36. Bobinas de un inducido ondulado de cuatro polos, colocado dentro de un vibrador para probarlo. Casi todos los inducidos de automóviles de cuatro polos tienen devanados ondulados; conviene, pues, recordar que un corto circuito entre dos cualesquiera de sus delgas se revelará en cuatro lugares alrededor del inducido.
Averías comunes en los inducidos Además de los cortos circuitos, suelen presentarse algunas otras averías, entre ellas las siguientes: bobinas o delgas del conmutador con masa o tierra, bobina s cortadas o abiertas delgas del conmutador y conductores terminales de bobina invertidas. Además del vibrador, que puede utilizarse para localizar cualquiera de estos defectos, podemos emplear tanbien un galvanómetro y una pila seca para localizar algunas de esas averías por medio de pruebas en las delgas. Este método se explicará algo más adelante. La figura 37 es un dibujo simplificado de un devanado imbricado de 24 bobinas y 2 polos, en el cual se han indicado algunos de los defectos más comunes que pueden producirse en los devanados de inducidos, que son los Siguientes: La bobina I tiene algunas de sus espiras en corto circuito. Los terminales de las bobinas 20 y 21 están flojos en las delgas correspondientes. La bobina 19 tiene un circuito abierto, o cortado. La bobina 5 está conectada en orden inverso. La bobina 12 hace masa con el eje o el núcleo del inducido. Las bobinas 6 y 9 tienen un corto circuito entre sí. Las bobinas 15, 16 y 17 están correctamente conectadas en relación una con otra, pero sus conductores terminales están conectados incorrectamente a las delgas. La bobina 13 tiene un corto circuito entre sus delgas. La delga a la cual están unidas las bobinas 2 y 3 hacen masa con el eje. Estudiaremos ahora en detalle cada uno de esos defectos y el método exacto para hacer • • • • • • •
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las pruebas mediante las cuales podrán localizarse.
FIG. 37. Devanado imbricado de dos polos, que muestra algunos de los defectos más comunes que pueden presentarse en las bobinas de los inducidos y en delgas del conmutador.
Cortos circuitos En la figura 37 vimos que la bobina 1 tenía un corto circuito entre sus espiras, que es probablemente el resultado del aislamiento roto o estropeado de sus conductores. Para localizar este defecto, ponemos el inducido sobre el vibrador y cerramos el interruptor para excitar la bobina de éste. Se pone la lámina de acero sobre una ranura del inducido que esté por lo menos a la distancia de la luz de Lina bobina del eje del núcleo del vibrador. Ahora hacemos girar lentamente el inducido, manteniendo la lámina de acero sobre las ranuras y paralela a ellas. Cuando la ranura que contiene la bobina 1 se pone debajo de la lámina de acero, la corriente inducida que circula por este corto circuito local creará un flujo entre los dientes de esta ranura que atraerá y repelerá la lámina de acero, haciéndola vibrar como un timbre zumbador. Este zumbido indica que esa bobina está en corto circuito. Se marca esta ranura con un trozo de tiza y se prosigue la prueba. Se vuelve a hacer girar lentamente el inducido y se prueba cada ranura, manteniendo siempre la lámina de acero sobre ranuras que estén en la misma posición con respecto al vibrador. Cuando la ranura que contiene el otro lado de la bobina en corto circuito pasa debajo de la lámina de acero, ésta volverá a vibrar. Márquese esta ranura. Las dos ranuras marcadas indicarán ahora la luz de la bobina que está en corto circuito. Si no encontramos ninguna otra ranura que haga vibrar la lámina de acero, sabemos ya que no hay más que un corto circuito en el inducido. Esta prueba puede aplicarse a todos los inducidos cualquiera que sea su tamaño, cualquiera que sea el número de polos de su devanado e independientemente de que éste sea ondulado o imbricado.
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Para localizar en el conmutador las delgas a las cuales están unidos los conductores terminales de la bobina en corto circuito, se ajustan las agujas de la pieza con mango, de modo que puedan abarcarse con ellas delgas contiguas. Se ponen las agujas sobre dos delgas adyacentes y se ajusta el reóstato hasta que el amperímetro marque aproximadamente 1/3 de su escala completa. Se anota esta lectura y, haciendo girar el inducido, se verifican las lecturas de todas las demás delgas en esta misma posición. Cuando se ponen las agujas de Prueba sobre las delgas que están conectadas con la bobina en corto circuito, la lectura del instrumento será inferior a las demás lecturas obtenidas. La diferencia dependerá del número de vueltas de la bobina que estén en corto circuito. Si el corto circuito está precisamente en los conductores terminales o en las delgas y es de muy baja resistencia, no se obtendrá ninguna lectura entre esas delgas.
Conductores terminales de bobinas flojos Al probar si hay conductores de bobinas flojos, como en las bobinas 20 y 21 de la figura 37, la lámina de acero no vibrara en ninguna ranura a consecuencia de ese defecto; pero, al hacer la prueba entre las delgas con la pieza con mango, cuando los conductores del amperímetro se ponen en contacto con aquellas delgas a las cuales están conectadas dichas bobinas, la lectura entre ellas y las delgas adyacentes bajará a cero, indicando un circuito abierto.
Circuito cortado o abierto Al probar para ver si hay un circuito abierto, como el indicado en la bobina 19 de la figura 37, la lámina de acero no daría, por supuesto, ninguna indicación de la existencia de ese defecto. Por consiguiente, tenemos que descubrirlo probando de nuevo alrededor del conmutador con la pieza con mango. Cuando se ponen las agujas en contacto con las delgas a las cuales está conectada la bobina abierta, obtendremos una lectura muy baja. La razón por la cual se obtiene alguna lectura es que hay siempre dos caminos para que la corriente pase por el devanado, a menos que esté abierto también en alguna otra bobina. Con un circuito abierto solamente en la bobina 19, tendríamos todavía un circuito a través de todas las demás bobinas en serie. Los voltajes inducidos en las bobinas que se encuentran en la posición activa para el flujo del vibrador tenderían a neutralizarse mutuamente, pero existe a menudo una situación ligeramente desequilibrada en los devanados, que permitiría pasar tina corriente muy pequeña a través del amperímetro. Si hay tres bobinas del inducido en el finjo activo del vibrador y un lado de la bobina 19 se encuentra entre ellas, habrá entonces tres lados buenos de bobinas obrando contra dos, lados buenos con sus voltajes inducidos; y puesto que la bobina 19 está en circuito abierto, la lectura sería aproximadamente 1/3, de la normal. Sin embargo, el valor exacto de esta lectura dependerá del paso de las bobinas y del tamaño del inducido. El punto principal que hay que tener en cuenta es que un circuito abierto en el inducido no da necesariamente una lectura cero, a menos que los lados de bobinas a cada lado de los puntos de prueba estén perfectamente equilibrados eléctricamente.
Bobina invertida Al probar para ver si hay una bobina invertida, como la Nº 5 de la figura 37. la lamina de acero no vibrará sobre ninguna ranura y la prueba entre las delgas con los conductores de prueba del amperímetro sobre delgas contiguas tampoco revelará este defecto, porque la corriente inducida es alterna y el amperímetro no indicará la polaridad invertida de la bobina, Por consiguiente, al probar si hay bobinas invertidas, debemos separar las agujas de prueba en la pieza con mango, lo suficiente para que toquen las barras 1 y 3. De esta manera obtendremos una lectura de dos bobinas en serie. Después, al poner las agujas sobre delgas que están conectadas a las bobinas 4 y 5 ó 5 y 6, estarán dos bobinas en serie en cada caso; pero puesto que el voltaje de una de ellas tendrá una
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dirección opuesta al de la otra, la lectura s erá cero. Por consiguiente, al probar si hay bobinas invertidas, probamos dos bobinas a la vez separando las agujas de prueba lo suficiente para que abarquen una delga más del conmutador, y la indicación que revelará la existencia de bobinas invertidas será una lectura cero.
Bobinas que hacen masa La bobina 12 de la figura 37 hace masa o tierra. La lámina de acero vibrante no indicará este defecto, ni tampoco lo indicará la prueba entre delga y delga del conmutador con el amperímetro. Para localizar una masa o tierra debemos poner un conductor de prueba sobre el conmutador y otro sobre el eje o el núcleo del inducido. Si la primera prueba se hace entre la delga de la bobina 8 y el eje, obtendremos una lectura muy alta en el amperímetro, porque esto daría la lectura de las cuatro bobinas en serie entre la bobina conectada que hace masa y esta delga. A medida que vayamos probando delgas más próximas al punto que hace masa o tierra ira disminuyendo gradualmente la lectura y las dos delgas que den la lectura más baja deben ser las conectadas a la bobina con masa. La suma de las lecturas entre esas dos delgas y el eje debe ser igual a la lectura de una bobina normal.
Cortos circuitos entre bobinas En la figura 37, las bobinas 6 y 9 tienen un corto circuito entre sí, y esto hace que las 6, 7, 8 y 9 formen un circuito cerrado, a través del corto circuito y de las conexiones de las bobinas a las delgas. En este caso, la lámina de acero vibrará o indicará un corto circuito sobre cada una de las ranuras en las de se encuentran esas bobinas. La prueba entre delga y delga con el amperímetro no daría ninguna indicación concreta, pero las lecturas sobre esas delgas serían inferiores a la normal.
Bucles invertidos En el caso de las bobinas 15, 16 y 17 de la figura 37, que están correctamente conectadas entre si pero tienen sus conductores terminales conectados incorrectamente a las delgas, la lámina de acero no vibrará ni dará ninguna indicación. Sin embargo, la prueba con el amperímetro entre delga y delga del conmutador dará lecturas dobles entre las delgas 1 y 2, lecturas normales entre las 2 y 3, y otra vez una lectura doble entre las 3 y 4. Esto indica que las bobinas están conectadas una con otra en la relación apropiada, pero que sus conductores terminales están cruzados sobre las delgas.
Delgas del conmutador en corto circuito En el caso de la bobina 13 de la figura 37, que está cortocircuitada a consecuencia de un corto circuito entre sus delgas. Vibraría la lámina de acero e indicaría la existencia de un corto circuito sobre las dos ranuras en las cuales está alojada esta bobina. La prueba con el amperímetro de delga a delga del conmutador dará una lectura cero o muy baja entre esas dos delgas, que dependerá de la resistencia del corto circuito entre ellas. Si el devanado es imbricado, el corto circuito se manifestará en dos lugares sobre el núcleo; y si es un devanado ondulado de cuatro polos, se manifestará en cuatro sitios sobre el núcleo.
Delgas del conmutador que hacen masa o tierra La delga a la cual están conectadas las bobinas 2 y 3 en la figura 37, hace masa con el eje, o sea, que tiene un contacto con él la lámina de acero no indicará este defecto. Las pruebas con el amperímetro entre otras delgas y el eje darían lecturas elevadas en el instrumento: pero, a medida que probemos delgas más próximas a la que hace masa, la lectura irá siendo cada vez más baja y será cero cuando un conductor de prueba esté 58
sobre la delga que hace masa y el otro sobre el eje. Si se obtiene una lectura de cero absolutos, ello indicará que la masa está en la delga probada.
Pruebas de inducidos con un galvanómetro Hemos dicho que puede emplearse un galvanómetro y una pila seca para ver si hay circuitos cortados o abiertos o corto circuitos en las bobinas de un inducido. Por la descripción que se dio del galvanómetro en una lección anterior, se recordará que este aparato no es otra cosa que un voltímetro muy sensible en que puede leerse tina fracción de voltio. La figura 38 muestra un método para hacer pruebas en inducidos con un galvanómetro. Se tocan las delgas situadas en lados opuestos del conmutador con los dos conductores procedentes de una pila seca y se mantienen en esta posición mientras se hace girar el inducido. Esto enviará una corriente continua de poca intensidad a través de las bobinas del devanado, siguiendo dos trayectorias en paralelo. Si el conductor positivo está en la figura 38 a la derecha, circulará una corriente desde este conductor hasta el lado derecho del devanado a través de las delgas. Si todas las bobinas del devanado estuvieran cerradas y en buen estado, la corriente se repartiría por igual, circulando una parte de ella por la sección superior del devanado hasta la delga 3 y el conductor negativo de la pila, y la otra parte por la sección inferior del devanado hasta llegar a la misma delga y el mismo conductor., Cuando está circulando esta corriente por el inducido y probamos delgas contiguas del conmutador con el galvanómetro, el instrumento marcará la caída de voltaje debido al paso de la corriente por la resistencia de cada bobina. Por consiguiente, la prueba con el galvanómetro es muy semejante a la del amperímetro y a la del vibrador. Cuando se haga la prueba para un circuito abierto con los conductores del galvanómetro colocados en delgas adyacentes conectadas a las bobinas que están en buen estado, no habrá ninguna lectura en la sección del devanado en la cual esté la bobina cortada o abierta: pero cuando se pongan esos conductores derivados de las delgas conectadas a la bobina abierta, es probable que la aguja del instrumento dé un salto a través de toda la escala, porque en este punto tiende a marcar prácticamente todo el voltaje de la pila. Por supuesto, si hay dos circuitos abiertos en esta mitad del inducido, no se obtendrá ninguna lectura en ningún par de delgas. Esto es una indicación segura de que hay más de una bobina cortada o abierta. Si se hace una prueba alrededor de todo el conmutador y no hay ningún circuito abierto, el galvanómetro derivado de cualquier par de delgas debe dar la misma lectura. Sin embargo, debe tenerse mucho cuidado en obtener siempre un buen contacto entre los conductores de prueba y las delgas, y asegurarse también de que los conductores de la pila hacen buen contacto con el conmutador al girar el inducido. De lo contrario, se observarán variaciones en las lecturas. Una lectura inferior a la normal entre dos delgas cualesquiera indicará una bobina cortocircuitada, y una lectura cero indica un corto circuito entre dos delgas. Cuando se tocan con los conductores del galvanómetro las delgas 2 y 3, que están conectadas a bobinas con sus conductores terminales transpuestos, la lectura será normal; pero al hacer la prueba entre las delgas 1 y, 2, ó 3 y 4, la lectura será doble. Esto indica que los conductores terminales de las delgas 2 y 3 son los que están invertidos.
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Fig. 38. Método empleado para localizar diversos defectos de un inducido con un galvanómetro y una pila seca. Los métodos descritos para cada una de las pruebas que acabamos de exponer deben estudiarse minuciosamente hasta estar seguro de que en cada caso se comprenden bien los principios que le sirven de base. No se espera del lector que Pueda recordar cada una de esas pruebas, mientras no las haya practicado varias veces. Sin embargo, con las instrucciones que se han dado en los párrafos que anteceden, no deberá vacilarse en realizar cualquiera de esas pruebas, si se tiene a mano esta exposición para consultarla las primeras veces que se hagan.
Separación del circuito de las bobinas defectuosas En muchos casos, cuando una máquina manifiesta indicios de tener algún defecto en las bobinas de su inducido, presenta inconvenientes ponerla fuera de servicio para rebobinarla por completo o por el tiempo necesario para reemplazar las bobinas defectuosas por otras nuevas. En estos casos, cuando es muy importante que una máquina continúe en servicio para no interrumpir o retrasar la producción en las máquinas que impulsa, puede hacerse una reparación provisional rápidamente, separando del circuito del inducido las bobinas defectuosas. Esto se hace poniendo un puente de un conductor del misino tamaño o sección de los conductores de las bobinas, que debe soldarse a las dos delgas misinas a las que estaba conectada la bobina defectuosa. Este puente cerrará entonces el circuito de esta sección del inducido y por él pasará la corriente que normalmente circularía por la bobina defectuosa. La figura 39 muestra la manera como puede separarse una bobina con circuito cortado o abierto por medio de un puente. Por cada bobina separada así de un devanado, aumentará algo la intensidad de la corriente que circulará por las otras bobinas de ese circuito. El número de bobinas que pueden excluirse del circuito dependerá de la posición que ocupen en el inducido.
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En algunos casos, pueden separarse varias bobinas, si están uniformemente distribuidas alrededor del devanado; pero si varias bobinas sucesivas tuvieran defectos y se sacaran todas ellas del circuito por medio de un puente, esto podría dar lugar a que se quemaran las bobinas restantes de este circuito. Otros factores que determinan el número de bobinas que pueden sacarse de esta manera de los circuitos son los siguientes: el número de bobinas por circuito, la carga que soporta el motor o el generador y el tamaño de la máquina. Si la bobina defectuosa hace masa o tierra, sus dos extremos deben desconectarse de las delgas antes de soldar el puente. Las bobinas deben cortarse en el extremo posterior del inducido y esos extremos cortados deben encintarse muy bien. El alambre del puente debe estar bien aislado de los conductores terminales de las otras bobinas. Las reparaciones de este tipo deben considerarse solamente como provisionales y, tan pronto como pueda sacarse del servicio la máquina para repararla, deben sustituirse las bobinas defectuosas por otras nuevas; o bien, debe rebobinarse todo el inducido, si es necesario. Convendrá que el lector no olvide este método para hacer reparaciones provisionales, ya que se presentan a menudo en el trabajo casos en los cuales el individuo que sabe mantener en marcha la maquinaria en períodos importantes de la producción puede causar una impresión muy favorable sobre su patrón al demostrarle su capacidad.
Fig. 39. Método para sacar del circuito una bobina defectuosa y completar el circuito poniendo un puente entre las delgas del conmutador con las que está conectada aquélla. Si se ha estudiado bien el contenido de esta parte, los conocimientos obtenidos sobre los principios de las máquinas de C.C. y sus devanados podrán ser muy útiles. Es conveniente devanar inducidos siempre que se presente una oportunidad, hasta tener la seguridad de que pueden llevarse a la práctica los importantes conocimientos adquiridos. Siguiendo minuciosamente las instrucciones dadas, será posible localizar fácilmente las averías y repararlas, o rebobinar inducidos de todas clases. Son detalles importantes, que conviene recordar, los que siguen: emplear el número correcto de vueltas de conductor del tamaño apropiado en cada bobina, poner el aislamiento adecuado en las bobinas y las ranuras, y hacer correctamente las conexiones con el conmutador. Téngase tanbien presente la importancia de hacer un trabajo pulcro, minucioso y bien acabado. En las secciones que siguen estudiaremos los devanados de C.A.
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Experimentos Como se explicó en el artículo anterior sobre Pruebas de inducidos con un galvanómetro, es posible realizar varias por medio de tina pila seca y de un aparato de medidas para localizar averías en los inducidos. El tipo preferible de instrumento para estas pruebas es un galvanómetro sensible, pero pueden hacerse pruebas bastante satisfactorias empleando un voltímetro de C.C. con escala 0 a 10, o cualquier otro voltímetro de sensibilidad y escala adecuadas. Si el voltímetro de que se dispone no da las lecturas suficientes para poder hacer buenas comparaciones cuando se emplea una pila seca, puede ensayarse poniendo 2 ó 3 pilas secas en serie para aumentar las lecturas. Sugerimos que se hagan varias pruebas empleando este método. Pueden producirse de intento en el inducido varias averías, como las indicadas en la figura 38, y hacer pruebas de modo que puedan comprenderse bien los resultados y que éstos se graben en la memoria. En tina de las secciones que siguen sobre devanados de inducidos de C.A., se incluirán algunas sugestiones para construir un vibrador.
PREGUNTAS DE EXAMEN 1.Suponiendo que en cierto motor construido para funcionar a 220 voltios encontrarnos las bobinas del inducido devanadas con 30 vueltas de un conductor con una área de 0,6526 MM2 (1288 C. M.) (Nº 19), ¿qué tamaño de alambre y cuántas vueltas se emplearían en rebobinar las bobinas para trabajar con 110 voltios? 2. ¿Qué ventaja presenta el empleo de los devanados multiplex? 3.¿En qué posición con respecto a los polos inductores tienen que estar las bobinas del inducido en el momento en que son puestas en corto circuito por las escobillas? 4. ¿Cuál es la diferencia entre una conexión simétrica y otra asimétrica con el conmutador? 5. ¿Qué clase de corriente tiene que emplearse con un vibrador? 6. Cítense cuatro averías comunes que pueden producirse en un inducido. 7. ¿Qué reparación provisional rápida puede hacerse cuando se manifiestan algunas bobinas defectuosas en un inducido? 8. Describa el método para probar si hay alguna bobina invertida. 9.Cuando se hace una prueba con un vibrador y un amperímetro, ¿por qué obtenemos una lectura baja en el instrumento cuando se tocan con los conductores de prueba delgas del conmutador conectadas a una bobina cortada o abierta? 0. Cítense cinco puntos muy importantes que hay que verificar cuando se recogen datos para rebobinar un inducido averiado.
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CAPITULO IV
DEVANADOS DE INDUCIDOS DE C.A. La corriente alterna se emplea mucho para alumbrado y fuerza motriz y la mayoría de las grandes centrales eléctricas producen corriente alterna, porque resulta mucho más económica que la C.C. para transmitirla a grandes distancias. En las secciones sobre corriente alterna se explica la razón de esta economía. El empleo general de C.A. en las plantas industriales y en las centrales eléctricas hace que sea muy importante conocer los principios en que se basan las máquinas de C.A. y los métodos empleados para devanarlas, conectarlas y probarlas.
Principios de los alternadores Sabemos que puede engendrarse voltaje en un conductor moviéndolo a través de un campo magnético y que en los devanados de una dínamo se producirá siempre corriente alterna, porque durante la rotación los conductores pasan continua y alternativamente delante de los polos N. y S. Repasaremos este principio brevemente para tener la seguridad de que se recuerda bien al empezar a estudiar las máquinas de C.A. En A y B de la figura 40 puede verse otra ilustración de este principio. En A las líneas de fuerza procedentes de los polos inductores pasan hacia abajo y el conductor se mueve hacia la derecha. Esto inducirá en el conductor un voltaje que hará que la corriente entre por el extremo frente al lector, o sea, alejándose de él, si este conductor forma parte de un circuito cerrado. Compruébese esto aplicando la regla de la mano derecha para la fem inducida en los generadores. Para comodidad del lector repetimos aquí esta regla. Pónganse el pulgar, el índice y el grupo de los demás dedos de la mano derecha en ángulo recto unos con otros. Luego, con el índice apuntando en el sentido del flujo y el pulgar en el sentido en que se mueve el conductor, los demás dedos señalarán el sentido de la fem inducida. Ensáyese esta regla también con la figura 40B, en la cual el conductor se mueve en el sentido opuesto, a través del mismo campo magnético, y se verá que el voltaje inducido se ha invertido al invertirse el sentido en que se mueve el conductor. Las flechas circulares que rodean los conductores indican el sentido de las líneas de fuerza que establecerán alrededor de ellos sus corrientes inducidas. Verifíquese también esto aplicando el método mencionado en una sección anterior, esto es, considerando las líneas de fuerza como bandas de caucho en movimiento que rozan los conductores y crean las líneas nuevas o inducidas en el sentido en que las bandas harían girar una polea. etc. Obsérvense también los símbolos empleados para indicar el sentido de la fem inducida en los conductores: para el voltaje entrando y un punto para el voltaje saliendo.
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Fig. 40 Producción de fem en los conductores haciéndoles que corten las líneas de fuerza magnéticas. Observarse bien el sentido del voltaje inducido por A, B. 1. Voltaje engendrado, entrando. 2. Movimiento. 3. Voltaje engendrado, saliendo. 4. Movimiento. En la figura 41A tenemos dos conductores de Una bobina montados en la ranura de un inducido y girando en el sentido de las agujas del reloj. En su posición en A los conductores no están engendrando ningún voltaje ya que se encuentran en el plano neutro y no están cortando las líneas de fuerza. En B el sentido del voltaje inducido será entrando en el conductor F y saliendo en el conductor G: por consiguiente cuando los conductores se conectan el uno con el otro en la parte posterior del inducido se sumarán sus voltajes respectivos. En la figura 41C, los conductores vuelven a estar los dos en el plano neutro, y. por consiguiente, los voltajes inducidos en ellos bajan otra vez a c ero. En D. el conductor G está pasando delante del polo norte y el conductor F está pasando delante del polo sur, de modo que se están moviendo ambos a través del flujo magnético en sentidos opuestos a los que seguían en B.- por Consiguiente, el voltaje inducido en ellos estará invertido. En E los dos conductores vuelven a estar de nuevo en el plano neutro o sea, en el punto en el que empezaron a moverse. En dicha figura 41 puede verse una curva qUe indica el voltaje engendrado en cada uno de esos pases sucesivos. En A la curva de voltaje empieza en la línea cero, cuando los conductores comienzan a penetrar en el flujo. En B, cuando los conductores están cortando el denso flujo magnético que hay directamente debajo de los polos, la curva indica un voltaje positivo máximo. A partir de ese punto va disminuyendo gradualmente a medida que el conductor va alejándose del flujo de los polos, hasta ser de nuevo igual a cero en C. Después, cuando los conductores empiezan a cortar el flujo en el sentido opuesto, la curva indica un voltaje negativo en el sentido opuesto, esto es, debajo de la línea, pero que alcanza un valor máximo en D. En E, el voltaje negativo vuelve a colocarse otra vez en cero.
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FIG. 41. Diagrama del desarrollo, paso por paso de un ciclo completo del voltaje de una corriente alterna. Compárese cada uno de los esquemas del generador con el voltaje de la curva que está inmediatamente debajo.
Ciclos y alternancias Al completarse una revolución del generador sencillo de dos polos, se completa también lo que se llama un ciclo o un período del voltaje engendrado. El impulso siempre positivo producido por el conductor al pasar por debajo de un polo completo, e indicado por la curva desde A hasta C, se denomina una alternancia. Se necesitan dos alternancias para completar el período. Por consiguiente, cada vez que un conductor pasa delante de un polo norte y un polo sur produce un ciclo o un período. Hay 360 grados mecánicos en un círculo, o en tina revolución de un conductor que forma parte de un inducido; y en los generadores decimos que un conductor recorre 360 grados eléctricos cada vez que pasa por delante de dos polos inductores alternos y completa un período; por consiguiente, un ciclo o período comprende 360 grados eléctricos y una alternancia se compone de 180 grados eléctricos. En una máquina con más de dos polos no es necesario que el conductor haga una revolución entera para completar un período, ya que se produce un período por cada par de polos que pase. Así, un generador de cuatro polos produciría dos períodos por cada revolución; un generador de 12 polos, 6 períodos por revolución, etc.
Frecuencia de los circuitos de C.A. Los circuitos de corriente alterna tienen una frecuencia expresada en períodos por segundo, siendo las frecuencias más comunes las de 25, 50 y 60 períodos por segundo. Si se expresa la frecuencia en períodos por segundo y si un conductor tiene que pasar delante de un par de polos para producir un período, es evidente que la frecuencia de un alternador dependerá del número de sus polos y de la velocidad con que gira. Por ejemplo, si una máquina de cuatro polos gira a 1.800 rpm. (Revoluciones por minuto), la frecuencia de la corriente que producirá será de 60 períodos por segundo. Sus conductores pasarán por delante de dos pares de polos en cada una de las revoluciones, o sea, 1.800 X 2 = 3.600 pares de polos por minuto. Por consiguiente, puesto que hay 60 65
segundos en un minuto, 3.600: 60 = períodos por segundo. Un alternador de 12 polos sólo tendría que girar a 600 rpm. para producir 60 períodos por segundo. Los conductores de esta máquina pasarían delante de 6 pares de polos en cada revolución; y puesto que hace 600 rpm., pasarían por delante de 6 X 600, o sea, 3.600 pares de polos por minuto, y como antes, 3.600: 60 = 60 períodos por segundo. El símbolo por el cual se representa la frecuencia es una doble curva pequeña como una onda sinusoidal, esto es ~. Así, 60~ significa 60 períodos por segundo. La velocidad con que funcionarán los motores de C.A. dependerá de la frecuencia del circuito con el que estén conectados del y numero de sus polos. Al ter nador es c on in du ct or ro tat iv o
Los generadores de corriente alterna suelen llamarse alternadores comúnmente. Hasta ahora hemos estudiado los generadores con sus conductores girando en un inducido a través de un flujo fijo. Ahora bien, ¿por qué no habría de obtenerse un resultado igualmente satisfactorio manteniendo el inducido fijo y haciendo girar el inductor, de modo que las líneas de fuerza de los polos inductores móviles corten los conductores del inducido? Esto es precisamente lo que se hace en un gran número de alternadores; y si bien algunos de los más pequeños se hacen con inductivos rotativos, la mayoría de los grandes son del tipo de inductor rotativo. Este tipo de construcción tiene dos ventajas muy importantes para los alternadores de las grandes centrales eléctricas. La primera de esas ventajas es que si los conductores del inducido son fijos pueden conectarse permanentemente los conductores de línea a ellos y no es, necesario sacar la corriente del alternador por intermedio de escobillas o contactos deslizantes. Esto representa una ventaja considerable con las intensas corrientes y los altos voltajes producidos por los alternadores modernos, muchos de los cuales se construyen para suministrar desde varios centenares de amperios hasta varios millares, a voltajes que oscilan entre 2.300 y 13.200 voltios 0 mas. Por supuesto, es necesario suministrar la corriente al inductor rotativo por medio de anillos rozantes y escobillas, pero esta corriente es mucho menos intensa y su voltaje mucho más bajo que el de la corriente del inducido. La otra ventaja importante es que los conductores del inducido son mucho más gruesos y más pesados que los de las bobinas inductoras y mucho más difícil de aislar porque su voltaje es muy elevado. Por consiguiente es mucho más fácil poner los conductores del inducido en un elemento fijo que en otro rotativo. Siendo el inductor el elemento mas ligero y pequeño, es también más fácil hacerlo girar lo, reduciendo los rozamientos y las averías al mismo tiempo que la resistencia opuesta por el aire a las grandes velocidades. En los grandes alternadores con inductor rotativo suele darse comúnmente el nombre de estator al inducido fijo y el de rotor al inductor rotativo.
Corrientes monofásicas La figura 42 es un alternador sencillo de inductor rotativo, con una bobina en la ranura del estator o inducido fijo. Los círculos dentro de las ranuras representan los extremos de los lados de la bobina y la parte de trazos es la conexión entre ellos por la parte posterior del estator. En el hueco central del interior del estator hay un nucheo inductor de dos polos, marcados en la figura, con su bobina que esta montado sobre un eje de modo que pueda girar alrededor de él
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Fig. 42. Esquema de un alternador monofásico sencillo del tipo de inductor rotativo, con una sola bobina en las ranuras del estator. La curva de la parte inferior muestra la corriente alterna monofásica que se producirá cuando el inductor gire y pase por delante de la bobina del estator, 1. Inducido fijo. 2. Bobina inductora conectada a una fuente de C.C. 3. Bobina del inducido. 5. Inductor rotativo. 7. Voltaje máximo. S. Tiempo. Cuando se suministra corriente continua al núcleo inductor por intermedio de los anillos rozantes y las escobillas que aparecen en el centro del dibujo del alternador, el núcleo se convierte en un potente electroimán cuyo flujo se extiende desde sus polos hasta el interior del núcleo del estator. Por consiguiente, a medida que el inductor gira las líneas de fuerza procedentes de sus polos giran con ellos y cortan los conductores que hay en las ranuras del estator.
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FIG. 43. Gran alternador de 36 polos del tipo de inductor rotativo. Examínese minuciosamente su construcción al mismo tiempo que se estudia la explicación del texto. Puesto que cada lado de la bobina pasa primero delante del flujo de un polo norte y después del de Un polo sur, la fem y la corriente inducidas serán alternas, como sucede en el tipo de inducido rotativo estudiado anteriormente. La curva que hay debajo del generador muestra el ciclo completo que se producirá en una revolución del inductor de dos polos; de modo que esta máquina tendría que girar a 3 600 rpm. para producir energía de 60 períodos.
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CORRIENTE BIFASICA Los inductores rotativos se hacen con cuatro o más polos para producir energía de 60 períodos con velocidades más pequeñas. La figura 43 muestra un alternador grande del tipo de inductor rotativo con 36 polos. Cada revolución de este inductor hará que pasen delante de una bobina cualquiera 18 pares de polos y, por consiguiente, producirá 18 períodos por revolución. Por tanto, si su velocidad es de 200 rpm., 200 X 18 = 3.600 períodos por minuto, o sea, 60 períodos por segundo. Obsérvense en esta figura los anillos rozantes o deslizantes, las escobillas y los conductores que llevan la C.C. desde los anillos hasta las bobinas inductoras. Obsérvense también las bobinas del inducido dispuestas en las ranuras del estator y, en la parte inferior, los cables por medio de los cuales se conectan esas bobinas con los conductores de la línea. El alternador representado esquemáticamente en la figura 42 produciría lo que se llama una corriente alterna monofásica, como indica la curva que hay en la parte inferior de esta misma figura. La C.A. monofásica circula por un circuito sencillo de dos conductores, o bifilar, y consiste en alternancias separadas unas de otras 180 grados, o sea, una corriente cuyo sentido se está invirtiendo constantemente y cuya intensidad varía de modo continuo. Esta corriente sale primero por el conductor superior de la línea y vuelve por el conductor inferior: después pasa por un valor cero, se invierte y sale por el conductor inferior para volver por el superior. O bien, podría decirse que consiste en alternancias que se repiten continuamente. Aunque el alternador de la figura 42 tuviera en el estator varias bobinas conectadas en serie y sólo dos conductores conectados al grupo, seguiría produciendo aún corriente monofásica.
Corriente bifásica Los alternadores se construyen también para producir corrientes de 2 y de 3 fases. Los circuitos alimentados con energía de 2 y 3 fases se llaman circuitos polifásicos, significando este término que su corriente está dividida en más de una fase o parte. El circuito de 2 fases se llama bifásico y el de 3, trifásico. La figura 44 es un alternador sencillo bifásico que tiene dos bobinas distintas colocadas en su estator en ángulo recto una con otra; o lo que es lo misino, que las dos bobinas están desplazadas 90 grados. Cuando el inductor de este generador gira, induce impulsos de voltaje en cada una de esas bobinas, pero esos impulsos no se producirán al mismo tiempo, debido a la posición de las bobinas. En su lugar, los voltajes estarán separados por 90 grados eléctricos, como se indica en las curvas de la figura 44. La curva A muestra el voltaje engendrado en la bobina A a medida que los polos pasan por delante de sus lados. Ál girar los polos otros 90 grados, su flujo corta la bobina B y produce los impulsos de voltaje indicados por la curva B, que están todos retrasados 90 grados con respecto a los de la curva A. Esos dos grupos separados de impulsos se transmiten cada uno a sus respectivos circuitos de línea de dos conductores, como puede verse en el esquema.
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FIG. 44. Alternador bifásico sencillo. La curva de la parte inferior de la figura muestra la corriente bifásica que se producirá cuando el inductor gira y pasa por delante de las bobinas del estator. Vemos, pues, que un circuito bifásico es sencillamente un circuito que consta de dos partes, o que tiene dos grupos de alternancias separados por 90 grados. En la curva se observará que esas alternancias o esos impulsos se solapan o recubren unos a otros, y que mientras uno de ellos pasa por el valor cero el otro pasa por su valor máximo. Por consiguiente, en un circuito de este tipo hay siempre corriente circulando en una u otra fase mientras el circuito esté activo. Esta característica representa una, ventaja considerable cuando la energía se utiliza para producir fuerza, ya que esos impulsos solapados producen un par motor más potente y más constante que los impulsos monofásicos. Por esta misina razón es aún más conveniente la energía trifásica para el funcionamiento de los motores y para la transmisión de energía, y, se emplea mucho más que la bifásica. Corrientes trifásicas La figura 45 es un esquema de un alternador sencillo trifásico, con tres bobinas en su estator, separadas 120 grados eléctricos.
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Fig. 45. Disposición de las bobinas del estator en un alternador trifásico sencillo y debajo de las curvas para la energía trifásica. Cuando los polos inductores giran y pasan sucesivamente delante de las bobinas A, B y C, inducen impulsos de voltaje separados 120 grados también, como puede verse en las curvas de la figura. Los conductores de línea salen de las bobinas en puntos separados 120 grados y los otros extremos de las bobinas están conectados juntos en F. Este tipo de conexión se conoce con el nombre de conexión en estrella de las bobinas a la línea. Otra conexión común para los devanados trifásicos es la conexión en triángulo o delta. Más adelante se explicarán ambas. Los puntos principales que hay que observar son que un circuito trifásico se compone de tres partes o tres grupos distintos de alternancias separadas 120 grados, que se solapan o recubren unas a otras. Esos impulsos se transmiten a tres conductores de línea y la corriente sale primero por el conductor A y vuelve por los conductores B y C; después sale por el conductor B y vuelve por los conductores A y C; luego, sale por el conductor C y vuelve por los conductores A y B, etc. Más adelante se estudiarán las características adicionales de los circuitos y las máquinas monofásicas y polifásicas. Pero, sabiendo ya cuál es la diferencia entre esas distintas formas de corriente alterna, el lector podrá comprender con mucha más facilidad los diferentes devanados de C.A.
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Fig. 46. Partes mas esenciales de un motor de inducción de C.A. Obsérvese la construcción de cada una de las partes. End Bracket: tapa del costado. Stator: estator. Rotor: rotor.
Construcción de los motores de C.A. El tipo más común de motor de C.A. es el llamado motor de inducción. Este nombre se debe al hecho de que las corrientes son inducidas en el rotor por el flujo de las bobinas del estator. La figura 46 presenta las partes más importantes de un motor de inducción de C.A., que son el estator, el rotor y las dos tapas laterales (end bracket). Se observará que las bobinas del estator están colocadas en las ranuras alrededor de la superficie interior del núcleo del estator de una manera análoga a como las bobinas de un inducido de C.C. están colocadas en las ranuras que hay alrededor de la periferia del inducido.
Rotores Los motores de inducción de C.A. tienen dos tipos comunes de rotores, conocidos con los nombres de rotores de jaula de ardilla y rotores con fases devanadas. El rotor representado en la figura 46 es del tipo de jaula de ardilla: y, en lugar de tener devanados hechos con alambres aislados, tiene gruesas barras de cobre embutidas en ranuras cerradas que hay alrededor de su periferia y todas ellas unidas eléctricamente por anillos en cada extremo. La figura 47 es un corte de un rotor de este tipo que muestra cómo están embutidas las barras en el hierro del núcleo. Los anillos de los extremos son de cobre o latón; o, en algunos casos, de aluminio. Las paletas cortas que hay en los anillos de los extremos funcionan como un ventilador y producen una corriente de aire para enfriar el rotor y los devanados de la máquina mientras el motor está funcionando, evitándose de esta manera que se caliente con exceso.
FIG. 47. Corte parcial en el rotor de jaula de ardilla de un motor de inducción. Obsérvese
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la manera como las barras de cobre están embutidas en la superficie del núcleo. La figura 48 es un tipo ligeramente diferente de rotor de jaula de ardilla, eh el cual pueden verse los extremos de las barras sobresaliendo de los costados del núcleo. Este rotor está equipado también con aletas para ventilar la máquina y puede observarse el espacio dejado entre las láminas del núcleo para que circule el aire. Esos espacios tienen también por objeto facilitar el enfriamiento de la máquina.
FIG. 48. Otro tipo de rotor de jaula de ardilla que muestra las barras conductoras embutidas y también los ventiladores. Las tapas laterales o de los extremos que aparecen en la figura 46 sirven para soportar los cojinetes en los cuales gira el eje del rotor. Esos cojinetes tienen que estar siempre en buen estado y las tapas alineadas de modo que soporten el rotor sin que éste roce o toque el estator.
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FIG. 49. Algunas de las piezas más pequeñas empleadas en la construcción de los motores de C.A. del tipo de inducción. Obsérvese la forma de las láminas para los núcleos del rotor y el estator y relaciónese cada una de esas partes con las explicaciones dadas en el texto. La figura 49 muestra con más detalles algunas de las partes usadas en la construcción de los motores de C.A. En el centro puede verse el eje al que está unido el núcleo del rotor por medio de una chaveta; y encima de él hay un manguito o casquillo de un cojinete, la chaveta para el eje, un anillo de engrase y una bobina del estator. En el extremo de la izquierda del eje está una lámina del rotor, y debajo de ella un anillo de extremo y una barra del rotor. En la esquina superior derecha hay una lámina del estator, que muestra la 74
forma de las ranuras y de los dientes, y debajo uno de los anillos de la armazón utilizados para sujetar y mantener unidas las láminas del núcleo del estator. Los rotores con fases devanadas para los motores de inducción tienen devanados colocados en las ranuras de sus núcleos, de una manera análoga a los inducidos de C.C. Sus devanados son, por lo general, ondulados.
Estatores Los estatores de los motores de C.A. se construyen con láminas de hierro dulce estampadas en la forma apropiada. En la figura 49 se ve una de estas láminas. Las ranuras están cortadas en la parte interior del núcleo del estator, en lugar de en la parte exterior, como sucede en los inducidos de C.C.
FIG. 50. Dos tipos comunes de ranuras de estatores con el aislamiento entre la ranura y la bobina colocado alrededor de esta última. Obsérvese también la cuña empleada para sujetar las bobinas terminadas. En la figura 50 pueden verse dos tipos de esas ranuras y muestra también el aislamiento de ellas y el método empleado para proteger las bobinas y acuñarlas dentro de las ranuras. En los grandes estatores, los paquetes de láminas están separados para dejar entre ellos conductos por los que circula el aire y enfría los devanados y el núcleo. Las ranuras parcialmente cerradas representadas en A de la figura 50 se emplean en los estatores pequeños, en los cuales los conductores se introducen en las ranuras unos cuantos a la vez. Las ranuras del tipo abierto, como las representadas en B, se emplean en los estatores grandes, cuyas bobinas se devanan y se aíslan antes de colocarlas en las ranuras.
Tipos de devanados de C.A. Tres de los tipos de devanados comúnmente empleados para los estatores de C.A. son los llamados en espiral, imbricado o por recubrimiento y ondulado. El devanado del tipo de espiral se emplea mucho en los motores pequeños monofásicos.
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FIG. 51. Método para bobinar un devanado de un estator del tipo de espiral. Obsérvese cómo pasa el conducto desde una bobina a la siguiente, detalle que se ha indicado por medio de líneas de trazos en la parte inferior de la figura. Los polos se bobinan en forma de espiral, como se indica en la figura 51. Se empieza arrollando el conductor en las dos ranuras que se utilizarán como centro de un polo y después de arrollar el número deseado de vueltas en esta bobina se continúa en el mismo sentido en el par siguiente de ranuras, con el mismo conductor. De esta manera se hacen las bobinas para un polo, partiendo del centro y avanzando hacia el exterior. A veces se deja vacía más de una ranura en el centro al poner el primer arrollamiento. Devanados de madeja Otro método empleado para hacer los devanados en espiral, que se llama devanado de madeja, es ilustrado en la figura 52. Por este método se hace primero la bobina larga en forma de madeja, poniendo el número correcto de vueltas y la longitud apropiada para formar las diferentes bobinas. Después se pone el extremo de esta madeja en las ranuras del centro, como se indica en A de la figura.52, y se da al extremo largo media vuelta cerca de los extremos de las ranuras, como se indica en B. Luego se pone el extremo largo en las dos ranuras siguientes, como se indica en C, y se le vuelve a dar media vuelta cerca del extremo o cabeza de la primera bobina. Finalmente, el último bucle se pone en las dos ranuras exteriores para completar las bobinas para este polo.
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FIG. 52. Los devanados del tipo de madeja, como el aquí representado, se emplean a menudo para ahorrar tiempo cuando hay que devanar un gran número de estatores iguales. Obsérvense los pasos sucesivos al torcer la madeja para formar la bobina y colocarla en las ranuras. Sígase el circuito, a través de esta bobina acabada, empezando por el conductor de la izquierda, pasando por cada bobina. y saliendo por el conductor de la derecha. El método de la madeja permite economizar bastante tiempo cuando hay que devanar muchos estatores del mismo tamaño y tipo. Una vez que se han hallado las medidas exactas para la primera madeja, el resto de las bobinas puede hacerse utilizando el mismo molde y los polos del estator se devanan, de esta manera, con gran rapidez. Si sólo hay que devanar dos o tres estatores pequeños, el método descrito en primer lugar suele ser el mejor.
Devanados de marcha y de arranque de los motores monofásicos Los motores monofásicos pequeños del tipo de inducción tienen, por lo general, dos bobinados, llamados devanados de marcha y de arranque. El primer devanado colocado en las ranuras en la forma que acabamos de describir, es el devanado de marcha. El de arranque se coloca siempre en las ranuras sobre las bobinas del de marcha, después que están todas éstas en aquellas. Este devanado de arranque suele bobinarse con un conductor de aproximadamente 1/3 de la sección del empleado para el de marcha y con la mitad de vueltas aproximadamente. Las bobinas del de arranque están desplazadas 90 grados, o sea exactamente la mitad del ancho de un polo, con respecto a las bobinas del de marcha. Como sus nombres indican el de arranque se emplea para iniciar el movimiento del motor y el de marcha para su funcionamiento normal.
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Fig. 53. Varios estatores pequeños monofásicos de motores de inducción. En ellos se ven claramente los devanados de arranque y de marcha. Obsérvese cómo el devanado de arranque solapa las bobinas del de marcha en la mitad, aproximadamente, de su anchura, o sea 90 grados. Este tipo se conoce con el nombre de devanado monofásico de fase partida. Al empezar a devanar esas bobinas se coloca sus partes centrales donde se encuentran los bordes o lados extremos de las bobinas de marcha. Esto hace que los bordes o lados extremos de las bobinas de arranque se junten en las partes centrales de las bobinas de marcha, y muy a menudo en las ranuras que quedaron vacías cuando se devanaron las bobinas de marcha. Los devanados de este tipo se conocen con el nombre de devanados monofásicos de fase partida. Se emplea el término fase partida por los números distintos de vueltas en los devanados de arranque y de marcha, que hacen que tengan una inductancia diferente, y que los impulsos de la corriente alterna en un devanado se retrasen ligeramente con respecto a los del otro. Esto produce alrededor del estator una especie de campo magnético rotativo que al girar, corta las barras del rotor, induciendo en ellas una corriente. La relación entre el flujo de las corrientes del estator y las corrientes del rotor es la que produce el par motor, o efecto rotativo, de este tipo de motor. Más adelante estudiaremos más a fondo los principios 'de la inductancia y del funcionamiento de fase partida. En la figura 53 se ven varios estatores pequeños y la posición de devanados de arranque y de marcha.
Conexiones del devanado de arranque Los devanados de arranque y de marcha se conectan en paralelo a la línea monofásica, pero un interruptor centrífugo está conectado en serie con el devanado de arranque, como se indica en la figura 54. Este interruptor está dispuesto de modo que cuando el motor está parado unos resortes lo mantienen cerrado. 78
Cuando se aplica corriente a los devanados, tanto el de arranque como el de marcha se utilizan mientras el motor está arrancando y adquiriendo velocidad; pero tan pronto como el motor alcanza su velocidad normal, el interruptor, montado para girar solidarizado con el eje del motor, es abierto por la fuerza centrífuga, abriendo así el circuito del devanado de arranque. El motor funciona entonces c on el devanado de marcha solamente. El devanado de arranque no debe dejarse nunca en el circuito más que los pocos segundos necesarios para que arranque el motor. Si se deja conectado más tiempo se recalentará y es probable que se queme. La figura 55 es un esquema sencillo que ilustra el método para conectar a la línea los devanados de arranque y de marcha, y también la conexión del interruptor centrífugo. Este interruptor debe conectarse siempre en serie con el devanado de arranque.
Interruptores centrífugos Hay muchos tipos diferentes de interruptores centrífugos empleados con los motores monofásicos; pero el principio general de todos ellos es el mismo, porque todos abren el circuito del devanado de arranque por la fuerza centrifuga para separarlo y dejar solo al de marcha, cuando el motor alcanza aproximadamente su velocidad normal.
FIG. 54. Circuitos completos de los devanados de arranque y de marcha de un estator monofásico. Sígase cada devanado y obsérvese como están conectadas las bobinas para producir alternativamente un polo norte y un polo sur alrededor del estator. La figura 56 es un esquema de uno, de los tipos comunes de esos interruptores. Los dos grabados de la izquierda muestran el elemento fijo, que se monta sobre la tapa del costado del motor; y el grabado de la derecha muestra el elemento rotativo que se monta sobre el eje del rotor. En el elemento fijo tenemos dos terminales, B y B, a los cuales se conectan los conductores terminales de línea y los del devanado de arranque. Esas piezas metálicas semicirculares están separadas una de otra, de modo que no hay ningún
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circuito entre ellas, salvo cuando las piezas metálicas A y A son oprimidas sobre el cilindro formado por B y B. Esto cierra un circuito entre ellas cuando c uando el motor está parado. Cuando el motor se pone en marcha y empieza a girar a gran velocidad, el peso de las A y A hace que sean lanzadas hacia afuera hasta los extremos de sus ranuras, desconectándolas desconectándolas así de B y B y abriendo el circuito del devanado de arranque.
Fig. 55. Esquema simplificado con la manera como están conectados en paralelo a la línea los devanados de arranque y de marcha de un motor monofásico. El interruptor centrífugo, C, está conectado en serie, como puede verse, con el devanado de arranque.
Fig. 56. Ilustración del principio de un interruptor centrifugo sencillo, como el empleado para arrancar los motores monofásicos. Estúdiese cada parte mientras se lee la explicación del texto. 1. Parte fija montada sobre la tapa lateral del motor. 2. Vista de frente. 3. Bloque de fibra. 4. Vista lateral. 5. Parte rotativa. 6. Resortes. 7. Vista de frente. PREGUNTAS DE EXAMEN 1. Exponga la regla de la mano derecha para el voltaje inducido en los alternadores. 2. ¿Cuántos períodos se producirán para cada revolución en un alternador de 8 polos? 3. ¿Cuál serla la frecuencia de la corriente producida por un alternador de polos marchando a la velocidad de 3.600 rpm? 4 ¿Por qué se construyen los alternadores grandes con el inductor como elemento rotativo? 5. ¿Cuál es la separación en grados entre las corrientes de fase de un circuito trifásico? ¿Y en un circuito bifásico? 6. ¿Cuáles son las tres partes importantes dé un motor de inducción?
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7. a) Describa brevemente la construcción de un rotor de jaula de ardilla. b) ¿Cómo se produce la corriente dentro del rotor de un motor de jaula de ardilla? 8. ¿Qué separación tienen el devanado de arranque y el devanado de marcha de un motor monofásico de fase partida? 9. a) ¿Cuál es el objeto del interruptor centrífugo de un motor monofásico de fase partida? b) ¿Qué es probable que suceda si ese interruptor no funciona bien? 10. Indique los dos tipos comunes de rotores empleados en los motores de inducción.
MOTORES BIFASICOS Los motores bifásicos se construyen para funcionar con corriente alterna bifásica y tienen dos devanados que abarcan cada uno la mitad de cada polo, esto es, que están espaciados 90 grados, como los devanados de arranque y de marcha de un motor monofásico. Cada uno de los devanados de una máquina bifásica está bobinado, sin embargo, con alambre del mismo tamaño y tiene el mismo número de vueltas. En lugar de devanarse con bobinas en espiral, los devanados bifásicos se componen por lo general de bobinas en forma de rombo, análogas a las empleadas en los inducidos. En la parte inferior de la figura 57, puede verse una sección de un devanado bifásico y también cómo las tres bobinas de cada fase se recubren o solapan para formar el devanado de un polo del motor. En la parte superior de esta figura están las curvas de la corriente bifásica con alternancias separadas por 90 grados. Cuando circula esta corriente por los dos devanados, crea polos que avanzan paso a paso alrededor del estator, con tanta rapidez que producen prácticamente un campo magnético rotativo. El progreso de este campo magnético y de estos polos puede observarse estudiando y comparando los diferentes grabados de la figura 57. Las líneas de trazos que cortan verticalmente las curvas del grabado superior indican la polaridad de las curvas en ese instante. Llamaremos a estas líneas posiciones. Por ejemplo, en la posición Nº 1, A y B tienen valores positivos; y, refiriéndonos a la posición Nº 1 en los conductores terminales de los devanados, vemos que la corriente circulará entrando en los conductores iniciales de los dos devanados marcados S y S. La polaridad producida será la indicada por las marcas positivas y negativas en el cuadro de encina de esas bobinas y para la posición Nº 1. En este instante, vemos que la corriente entra en cada uno de los seis conductores de la izquierda y sale de los seis de la derecha. (Véase la figura 57B, línea inferior.) Esto producirá un flujo magnético o tina polaridad como se indica en el esquema del circuito magnético, posición Nº 1, en D. Este esquema muestra que el eje del polo estará en ese instante exactamente en el eje de las bobinas, y que se producirá un polo norte en este punto sobre el interior de los dientes del estator. En la posición Nº 2 en las curvas de corriente, la fase B es todavía positiva, pero A ha cambiado y es negativa; de modo que la corriente en el conductor inicial de la fase A estará invertida, cómo se indica en la posición Nº 2, y hará que se invierta la polaridad alrededor del grupo A. Puesto que este grupo abarca la primera mitad del polo, esas tres ranuras cambiarán la polaridad. Las tres primeras ranuras del segundo polo cambiarán también y harán que el polo se desplace tres ranuras hacia la derecha, como se indica en la posición Nº 2 del esquema de la rotación del campo magnético.
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Fig. 57. Estos diagramas y esquemas muestran, paso a paso, la manera como se produce un campo rotativo en el devanado de un motor bifásico. Cuando se lean las descripciones del texto deben consultarse estos esquemas. Esta figura ilustra un principio muy importante de los motores de inducción y vale la pena dedicar a su estudio todo el tiempo t iempo que sea necesario. 1. Corriente bifásica. 2. Posiciones. -3. Rotación del campo. 4. Posición Nº 4. 5 Grupo de bobinas. 6. Entrando. 7. Saliendo. 8. Circulación de la corriente. 9. Circuito magnético; posición Nº 1. 12. Circuito magnético; posición Nº 2. 13. Sentido instantáneo de la corriente. 14. Rotación del rotor. Este desplazamiento del polo magnético se ilustra también en la posición Nº 2 del esquema del circuito magnético. En la posición Nº 3 en la curva de corriente, B ha cambiado y es negativa y la corriente en los conductores de la bobina de la fase B se invertirá, haciendo que las tres últimas ranuras de cada polo cambien de polaridad de modo que el eje del polo se desplaza otras tres ranuras más hacia la derecha, como se indica en la posición Nº 3 del esquema de la rotación del campo magnético B. Vemos que a medida que la corriente en los grupos de bobinas se invierte de esta manera y hace que los polos magnéticos se desplacen hacia la derecha, se produce un cambio o un movimiento correspondiente en el campo magnético del estator, según hemos visto en las posiciones 1 y 2 del circuito magnético. A medida que este flujo se mueve hacia la derecha y corta las barras del rotor, induce en ellas corriente y la reacción entre el flujo de
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esta corriente secundaria en el rotor y el flujo del estator hace que el campo magnético de los polos del estator se deforme y pierda su forma natural; como puede verse en la posición Nº 2 del circuito magnético. Es precisamente esta deformación del campo magnético la que produce el par motor o el esfuerzo de rotación y la que hace que el rotor gire. Es posible que sea necesario leer varias veces los párrafos anteriores y estudiar los esquemas otras tantas veces para comprender bien este principio: pero vale la pena hacerlo, pues no será tiempo perdido.
Principios en que se basa el funcionamiento de los motores trifásicos El efecto rotativo del campo magnético en un motor trifásico es muy parecido al de las máquinas bifásicas, con la salvedad de que sólo se invierte a la vez una tercera parte del polo, o sea, en este caso, 2 ranuras. En la máquina de 2 fases cambia cada vez que se invierte la corriente una mitad del polo, o sea, tres ranuras. Los grupos de bobinas del devanado trifásico deben colocarse en las ranuras de tal modo que alternen en el mismo orden que cambian las corrientes en el sistema trifásico. Si observamos las curvas de corrientes trifásicas de la parte superior de la figura 58, vemos que las alternancias cambian de polaridad o cruzan la línea central en el orden A, C, B; A, C, B, etc. Los grupos de bobinas deben devanarse de modo que correspondan a esos cambios de la corriente, o sea, en el orden A, C, B, etc., como se indica en la figura 58. Un hecho muy interesante, que hay que conocer en relación con los sistemas trifásicos, es que en un momento cualquiera dado las curvas de voltaje o de intensidad por encima de la línea cero serán exactamente iguales a las que están por debajo de la línea. Por ejemplo, en la figura 58 y en la posición 1, A y B están ambas aproximadamente sea la mitad de su valor positivo máximo, mientras C pasa por su valor negativo máximo. Una línea vertical a través de esas curvas en un punto cualquiera mostrará la misma relación de voltajes.
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FIG. 58: Estos diagramas y esquemas muestran el desarrollo de un campo magnético rotativo en un motor trifásico. Compárense el diagrama de la parte superior, el cuadro del centro y el esquema inferior, y obsérvese cómo los polos inductores avanzan gradualmente en las ranuras cuando la corriente va alternando en las tres fases A C y B. Hay otra condición que existe siempre en los devanados trifásicos y con la cual es conveniente familiarizarse. Se observará que siguiendo la corriente hacia el devanado sobre los conductores de línea, el grupo central, o sea, la fase C, se seguirá alrededor de las .bobinas en la dirección, o mejor sentido, opuesta a la de A y B. Así debe ser en cualquier devanado trifásico, y lo será si las bobinas están conectadas correctamente. Esto quizás parezca confuso al principio, pero debe tenerse presente que las tres corrientes nunca se dirigen hacia el devanado al mismo tiempo y que habrá siempre una corriente que retorna en uno de los conductores. En un instante cualquiera en el que circule corriente por los tres conductores, dos de ellos será positivos y uno negativo, o bien dos serán negativos y uno positivo. Cuando esas tres corrientes circulan por un devanado trifásico, como en la figura 58, tres grupos consecutivos de bobinas serán de la misma polaridad y los tres grupos siguientes serán de polaridad opuesta, produciendo así polos alternados N . S., N. S., etc. Estúdiense y compárense cada una de las posiciones 1, 2, 3 y 4 de la figura 58, como se hizo en la figura 57, y se verá cómo progresan los polos magnéticos alrededor del estator
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para producir un campo magnético rotativo en un motor trifásico.
Términos y definiciones para los devanados de C.A. Los términos y las definiciones que siguen deben estudiarse bien para poder comprender más fácilmente el contenido de las páginas siguientes. Un grupo de bobinas es el número de bobinas de una f ase para un polo. La fórmula para determinar un grupo de bobinas es: Ranuras: polos Fases El término luz de las bobinas de paso total se refiere a las bobinas que van desde una ranura de un polo a una ranura, o una posición, correspondiente en el polo que le sigue. La fórmula para determinar la luz o anchura de las bobinas de paso total es: (Ranuras: polos) + 1 NOTA: Este paso total se conoce también con el nombre de paso 100%. En algunos casos un devanado puede tener un paso mayor que el total, pero nunca puede exceder el paso del 150%. El término paso fraccionario se aplica a las bobinas que abarcan menos que un paso total. Un paso fraccionario no debe ser nunca inferior al 50% del paso total. Sabemos ya que hay 360 grados eléctricos por cada par de polos; por consiguiente, al estudiar la materia que sigue debe tenerse siempre presente que un polo, cualquiera que sea su tamaño, tiene 180 grados eléctricos. El término grados eléctricos por ranura se emplea comúnmente para expresar la proporción del polo que abarca una ranura, o mejor dicho, los grados que corresponden a ella, y se representa abreviadamente por Eº. La fórmula para determinar los grados eléctricos por ranura es la siguiente: 180 Ranuras: polos Es posible que una parte de la materia que acabamos de exponer parezca a primera vista un tanto teórica o técnica, pero el estudio de los principios y los términos expuestos en las páginas que anteceden ayudará a comprender mejor muchos de los detalles más importantes y prácticos relacionados con el devanado y la prueba de las maquinas de corriente alterna.
Devanados imbricados para las máquinas de C.A. Tanto en los motores de C.A. como en los alternadores se emplean los devanados imbricados y ondulados, pero algunas de las reglas que se dieron para ellos en las máquinas de C.C. no son aplicables a las de C.A. En lugar de clasificarlos en devanados en paralelo y en serie, como hicimos para las máquinas de C.C para las máquinas de C.A. se definen como sigue: Un devanado imbricado es aquel en el cual todas las bobinas que forman un grupo de polo pueden seguirse sin salir de ese grupo. Un devanado ondulado es aquel en el cual sólo puede seguirse una bobina de cada grupo de polo sin salir de ese grupo. Los devanados imbricados y ondulados son prácticamente iguales en lo que respecta a la polaridad y las características generales. Sabemos que en las máquinas de C.C. el devanado ondulado es el que da el voltaje más alto. Esto no es cierto en el caso de los devanados de C.A., ya que el devanado de C.A. ondulado no da un voltaje más alto que el devanado imbricado. Un devanado imbricado 85
de C.A. de un solo circuito pone todas las bobinas posibles en serie y, por consiguiente, da exactamente un voltaje tan alto como el ondulado. El devanado ondulado es mecánicamente más fuerte que el im bricado, y por esta razón suele emplearse en los rotores de fase devanada, ya que a menudo sus devanados tienen que soportar esfuerzos considerables debidos a la fuerza centrífuga y al par de arranque. Los estatores suelen bobinarse con devanados imbricados. En la construcción de los estatores de C.A., el número de ranuras se determina con arreglo a su tamaño y al número de polos, y se elige el que resulte más cómodo para conectar el tipo de devanado deseado para el fin a que se destina la máquina.
Ejemplo de un devanado bifásico Cuando el número total de ranuras es divisible por el producto del número de polos por el número de fases, habrá el mismo número de bobinas en cada grupo y el mismo número de grupos en cada fase. Esto es lo que se llama un agrupamiento igual de bobinas.
Fig. 59. Bobinas y conexiones de un devanado bifásico sencillo de dos polos. Estúdiense las conexiones de las bobinas y obsérvese el sentido de la corriente en cada una de éstas. Por ejemplo: si tenemos una máquina con 72 ranuras y queremos devanarla para que trabaje con 6 polos y 2 fases, para averiguar el número de bobinas por grupo utilizamos la fórmula: Grupo de bobinas=
Ranuras: polos fases
O sea, en este caso, 72: 6 Grupo de bobinas =
=6 2
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Por consiguiente, habría 6 bobinas en serie en cada grupo y doce grupos en el devanado. Esos doce grupos están divididos en seis partes para los seis polos y cada parte está a su vez dividida en dos para los dos grupos de fase. Luego, esos grupos pequeños, de seis bobinas cada uno, están conectados en un devanado bifásico. En la figura 59 se ilustra un modelo sencillo de devanado imbricado bifásico para dos polos. Los conductores iniciales de las bobinas para las fases A y B se han marcado SA y SB, en tanto que los conductores finales se han marcado FA y FB. Este devanado no podría conectarse para tres fases porque el número de bobinas en cada polo no es divisible por 3. Se observará que el comienzo de cada bobina está separado o desplazado 90 grados de los demás, esto es, la mitad de la anchura de un polo. Esto debe tenerse presente al conectar cualquier devanado bifásico, ya que los comienzos de esos devanados tienen que estar siempre separados por esta distancia.
La polaridad de las bobinas es importante Cuando hay más dé una bobina en cada grupo de éstas, hay conectarlas con mucho cuidado, ya que todas las bobinas del mismo grupo tienen que conectarse de modo que tengan la misma polaridad, o sea, en forma que la corriente circule en el mismo sentido por todas las bobinas de este grupo. Esta es una regla muy importante que conviene recordar y se ilustra en la figura 60.
FIG. 60. Métodos correcto e incorrecto de conectar las bobinas del estator para obtener la polaridad correcta. Obsérvense las condiciones del flujo magnético producido en las ranuras con cada conexión. Las dos bobinas del grupo A están correctamente conectadas; esto es, que el final de una de ellas está conectado con el comienzo de la otra, por consiguiente, sus flujos se unirán alrededor de los lados o costados de estas bobinas, corno debe ser para producir el polo. Las bobinas del grupo B están mal conectadas, con el final de una de ellas unido al final de la otra. Por tanto, en este caso la corriente en la bobina de la derecha tiene un sentido invertido. Esto hace que los flujos de las dos bobinas se opongan y se neutralicen la una a la otra y, en consecuencia, no pueden producir en el núcleo del estator un polo magnético potente. Estúdiense bien las conexiones de esos dos grupos de bobinas para conocer bien el método correcto de conexión y el incorrecto. La figura 61 demuestra un devanado sencillo, trifásico, de dos polos, con una bobina por grupo de fase y tres grupos por polo. Este devanado sólo tiene una bobina por grupo. Obsérvese el modo empleado para conectar
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los grupos de bobinas. Se verá que están conectadas de modo que den una polaridad alterna: N. S., etc. Nótese también que hay dos lados de bobinas por ranura, uno encima del otro.
FIG. 61. Devanado trifásico de dos polos. Obsérvese la distancia en grados entre los lados de las bobinas y los conductores terminales de línea y también la disposición de las conexiones de las bobinas. Los conductores terminales que salen de los extremos o cabezas de las bobinas se llaman respectivamente conductor terminal superior y conductor terminal inferior, llamándose superior al procedente del lado de una bobina colocada en la parte superior de la ranura e inferior al procedente del lado inferior de una bobina. Al hacer las conexiones de un grupo con el siguiente de la misma fase, deben conectarse siempre juntos conductores semejantes, esto es, que deben juntarse los conductores termínales inferiores por un lado y los conductores terminales superiores por otro. Esta regla debe seguirse rigurosamente para producir los polos alternos que son necesarios en el devanado para que la máquina funcione. Si una cualquiera de esas bobinas está mal conectada. se, recalentará, porque sus autoinducciones se neutralizarán y circulará por ellas una corriente demasiado intensa. Este principio se explicará más adelante.
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Tipos de bobinas para los devanados de los estatores Los estatores de 15 HP o menos, y para voltajes inferiores a 550 voltios, suelen tener ranuras parcialmente cerradas y bobinarse, por lo general, con devanados enhebrados. Para este tipo de devanado podemos emplear la bobina en forma de rombo o la conocida con el nombre de bobina de cesta. La f igura 62 presenta una bobina de cada tipo.
FIG. 62. Dos tipos comunes de bobinas usados para devanar estatores pequeños con ranuras parcialmente cerradas. Estas bobinas pueden introducirse o enhebrarse fácilmente por las estrechas aberturas de las ranuras, La bobina en forma de rombo se devana, se le da forma, y los extremos o cabezas se envuelven con cinta de algodón, recubriendo en cada vuelta la mitad de la anterior, antes de introducirla en las ranuras. La bobina de cesta se devana simplemente en la forma aproximada y a la longitud y el tamaño apropiados; pero se deja sin encintar, salvo por las pequeñas tiras de cinta que se ponen en las esquinas con el fin exclusivo de mantener juntos los conductores hasta que se pongan en las ranuras. Los extremos o cabezas de esas bobinas se encintan después que se introducen en las ranuras o, en algunos casos, en estatores pequeños, se dejan sin encintar. Después de poner las bobinas en las ranuras se da forma a sus extremos con un bloque de fibra y un mazo de caucho o de cuero, de modo que dichos extremos puedan pasar unos sobre otros. Esas bobinas de cesta solamente se emplean por lo general en las máquinas pequeñas, y las bobinas en forma de rombo suelen ser más convenientes para las máquinas grandes. El hecho de que los lados de las bobinas de esos tipos no estén encintados hace posible introducir los conductores uno a uno, o dos a dos, por las estrechas aberturas de las ranuras. De aquí el nombre de bobinas enhebradas.
Procedimiento para devanar un estator trifásico En los párrafos que siguen se describe, en forma detallada, el procedimiento para devanar un estator trifásico de 36 ranuras y seis polos. A este fin, apliquemos la fórmula: Grupo de bobinas= ranuras : polos fases
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o sea, en este caso, Grupo de bobinas= 36 : 6 o sea, 2 bobinas por grupo. 3 La luz o anchura de paso total se. hallará luego aplicando la fórmula para la luz de bobina: Luz de bobina = ranuras + 1. polos o sea, en este caso, Luz de bobina = 36 + 1 = 7 6 La primera bobina abarcará de 1 a 7, esto es, estará en las ranuras 1 y 7. Después que se hayan aislado las ranuras, se empezará poniendo un lado de la primera bobina en una ranura cualquiera, con los conductores terminales de la bobina hacia el devanador, como se indica en la figura 63. Después se pone un lado de la bobina siguiente en la ranura que está a la izquierda de la primera, lo que hará que el devanado avance en el sentido de las agujas del reloj alrededor del estator. Luego se ponen en las ranuras 4 bobinas más de la misma manera, dejando fuera de ellas los lados superiores de todas las bobinas. Cuando se pone el lado inferior de la 7 a bobina en la 7 a ranura, se coloca su lado superior encima de la primera bobina, como se indica en la figura 64. El lado inferior de la 8 a bobina se pone en la 8 a ranura y su lado superior encima del lado inferior de la 2 a bobina. Este procedimiento se continúa hasta que estén colocadas en su sitio respectivo todas las bobinas, introduciéndose los lados inferiores de las 6 últimas debajo de las 6 primeras, cuyos lados superiores se dejaron ya previamente fuera de las ranuras. La figura 65 es una vista de un estator desde el extremo de detrás, después que las últimas bobinas se han colocado debajo de los lados superiores de las primeras. Estos lados superiores están ahora listos para ser insertados en las ranuras y después puede recortarse el aislamiento de éstas, doblándolo sobre las bobinas, y poniendo en su sitio las cuñas que cierran las ranuras. Si bien las bobinas del devanado que acabamos de describir se colocaron a la izquierda de la primera, o sea, en el sentido del reloj alrededor del estator, pueden ponerse también en sentido contrario, dependiendo de la forma del torcido de sus extremos.
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Fig. 63. Método para empezar la primera bobina del devanado de un estator. En todas las ranuras se ha puesto papel de pescado aislante y en varias de ellas se ha puesto también tela barnizada.
Marca y conexión de los conductores terminales de las bobinas Al devanar los estatores de tamaño pequeño, es costumbre general conectar las bobinas en grupos a medida que se introducen en las ranuras. Se observará en la figura 64 que el conductor terminal inferior de la bobina primera está conectado al conductor terminal superior de la segunda. El conductor terminal superior de la 1 a bobina y el inferior de la 24 se marcan o identifican con manguitos del mismo color. Todos los grupos siguientes se unen de la misma manera que el primero; pero los conductores terminales no conectados del 29 grupo se marcan con manguitos de diferente color que el primero, y el tercer grupo con otro color distinto. Para el cuarto grupo volvemos a emplear el mismo color que para el primero y después se alternan los colores en los demás grupos, como en los primeros.
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Fig. 64. Método empleado para colocar la primeras bobinas de un estator y el sentido de rotación adecuado para insertarlas. Obsérvense los manguitos usados para marcar los conductores terminales de los diferentes grupos de boinas, y también los diversos lados de bobinas que se dejan fuera de las ranuras hasta que se han insertado debajo de ellos los de las dos últimas bobinas. 1. Bobinas insertadas en este sentido. 2. Estos seis lados de bobinas se dejan fuera hasta que están colocadas todas las bobinas; entonces se colocan las últimas. 3. Lados de bobinas en el fondo. 4. Fase A. 5. Fase B. 6. Negro. 7. Fase C. 8. Blanco. 9. Fase A. 10. Manguito rojo. 11. Lados de bobinas en la parte de arriba. 12. Conexión corta de rabo de cerda encintada y colocada entre dos bobinas. Cuando todas las bobinas de este devanado de 36 ranuras estén en su sitio, habrá cinco polos más análogos al de la figura 64. Después que se han colocado las cuñas en las ranuras, se hacen las conexiones del grupo de bobinas de cada polo, como se indica en la figura 66. Este esquema muestra las conexiones de los grupos en un devanado trifásico.
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Fig. 65. Devanado de un estator casi terminado y listo para colocar los lados superiores de las primeras bobinas sobre los lados inferiores de las últimas bobinas que se insertaron. El aislamiento se ha doblado sobre las bobinas en la mayoría de las ranuras. 1 Un estudio minucioso de los conductores iniciales de las fases A, B y C mostrará que hay tres devanados distintos, espaciados dos tercios de polo, o sea, 120 grados eléctricos. Sin embargo, se observará que los devanados se colocan en el estator en el orden A, C, B de izquierda a derecha, haciendo así que el espaciamiento efectivo sea realmente de 60 grados para ciertas conexiones. Después de elegir el conductor terminal superior de cualquier bobina del devanado que se crea conveniente para comenzar a devanar la fase A y de conectar todos los grupos de un color correspondiente a un devanado, se elige el segundo principio, o sea, el de la fase B. Este conductor terminal debe tomarse en la parte superior del tercer grupo, contando la fase A como el número 1. Luego se conectan todos los grupos de la fase B y los de la fase C. La fase C debe empezar en el conductor terminal superior del quinto grupo de bobinas, que debe estar a la misma distancia de B que B de A.
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FIG. 66. Esquema completo de un devanado trifásico de seis polos, para una máquina con 36 ranuras. Las bobinas de cada fase se han indicado por medio de líneas de diferente grosor con el fin de que puedan seguirse fácilmente a través del devanado. Estúdiense esos circuitos y obsérvese cómo están conectadas las bobinas para obtener alternativamente polos N. y S. Obsérvese, también, cómo los grupos de bobinas de cada fase se solapan para completar las tres fases de cada polo del devanado. Este esquema debe consultarse, a menudo, mientras se estudian las páginas adjuntas, y también en cualquier momento en que pueda necesitarse al conectar un devanado trifásico. Se habrán dejado entonces 6 conductores terminales, 3 iniciales y 3 finales. En la figura 66 se han marcado esos conductores SA, FC, SB, SC, FA y FB, y se observará que proceden todos ellos de los lados superiores de las bobinas. Al elegir los conductores iniciales para un devanado de esta clase, escogeremos tres grupos que estén cerca de la abertura para los conductores de línea en la armazón o en la tapa del costado de la máquina.
FIG. 67. Devanado bifásico completo para una máquina de cuatro polos con 24 ranuras. Véase la semejanza entre este esquema y el de la figura 66, en lo que respecta a la disposición de las bobinas y las conexiones entre los grupos de los polos; pero obsérvese que sólo hay dos grupos de bobinas por polo en cada fase y el diferente espaciamiento en grados eléctricos entre los conductores terminales de este devanado y los del devanado trifásico de la figura 66.
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La figura 67 es un esquema completo de las conexiones para un devanado bifásico de cuatro polos con 24 ranuras. Las bobinas se ponen en las ranuras como en un devanado trifásico. Hay 3 bobinas por grupo y 2 grupos en cada polo. Las bobinas están también conectadas en grupos, como en un devanado trifásico, y las conexiones del grupo en cada polo se hacen de la misma manera, salvo que hay dos grupos por polo en lugar de tres.
Procedimiento para conectar un devanado trifásico La figura 68 es un devanado trifásico, de cuatro polos, completo, en un estator con 48 ranuras. Las bobinas están todas colocadas, pero no se han hecho las conexiones de grupo. Se observará que todos los conductores terminales superiores o inferiores se han sacado de las puntas o extremos de las bobinas, y todos en la misma posición con relación a la bobinas, con el fin de disponer pulcra y sistemáticamente los conductores terminales y simplificar sus conexiones.
FIG. 68. Estator con 48 ranuras devanado para obtener cuatro polos y tres fases. Las bobinas están todas colocadas en las ranuras y los conductores terminales se han marcado con manguitos y están listos para las conexiones que hay que hacer. Los conductores terminales inferiores de todas las bobinas se han doblado hacia afuera alrededor del borde de la armazón y todos los conductores terminales superiores de las bobinas se han dispuesto saliendo rectos del núcleo del estator. El paso siguiente sería desnudar los extremos de esos conductores terminales y unirlos provisionalmente en 95
haces para hacer una prueba encaminada a averiguar si hay alguna masa o tierra entre los conductores terminales de las bobinas y el estator. Esto puede hacerse con una lámpara de prueba de 110 voltios y debe hacerse siempre antes de conectar las bobinas, El paso siguiente será cortar todos los conductores terminales de los grupos de bobinas que están marcados con los manguitos cortos, dejando una longitud de 8 cm. Después se quitará el aislamiento en una longitud de aproximadamente 4 cm de sus extremos; luego se conectan juntos el conductor terminal inferior de una bobina pues de esta manera se tendrá la seguridad de que ninguna de ellas hace masa porque se haya estropeado su aislamiento al ser colocada en las ranuras. Para asegurarse de que no hay ninguna bobina cortada o abierta en ningún grupo, deben probarse también ¡os conductores iniciales y finales de los grupos, poniendo un conductor de la línea de 110 voltios en un conductor inicial y la lámpara de prueba en el conductor final.
FIG. 69. El mismo estator de la figura 68, salvo que se han hecho las conexiones de cada grupo de bobinas. Poniendo atención se verán los empalmes desnudos, en rabo de cerda, de esas conexiones alrededor del devanado. Los conductores terminales de los grupos de bobinas de cada polo no están aún conectados. Se observará que todos los conductores terminales de las bobinas se han marcado con manguitos y también que un conductor inferior de cada cuatro y un conductor superior de cada cuatro se han marcado, de manera que no haya posible confusión, con un manguito
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más largo, porque son los conductores iniciales y finales de cada grupo de un polo.
Confección de las conexiones de las puntas El paso siguiente será cortar todos los conductores terminales de los grupos de bobinas que están marcados con los manguitos cortos, dejando una longitud de 8 cm. Después se quitará el aislamiento en una longitud de aproximadamente 4 cm de sus extremos, luego se conectan juntos el conductor terminal inferior de una bobina con el superior de la siguiente. Esto puede verse en la figura 69 y también los empalmes en rabo de cerda de esos grupos de bobinas.
Fig. 70. El mismo estator de las dos figuras anteriores, pero con las conexiones avanzadas un paso más. Se han soldado y encintado las conexiones de los grupos de bobinas y se han hecho las conexiones de cada grupo de polo dejando únicamente los conductores terminales inicial y final de cada fase. Estos conductores se han marcado con etiquetas, como puede verse en la figura. Los conductores terminales inferiores del grupo de bobinas de cada polo pueden verse asomando todavía alrededor de la armazón y los conductores terminales superiores del grupo de polo se ven sobresaliendo del centro del núcleo.
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Conexiones de polos y fases En la figura 70, las conexiones de grupo de las bobinas se han soldado, encintado y doblado por debajo de las cabezas de las bobinas, y los conductores terminales del grupo de bobinas de cada polo se han conectado juntos. El conductor terminal inferior de un grupo se ha conectado al conductor terminal superior del grupo siguiente de la misma fase y del mismo color. El conductor terminal superior de un grupo se ha conectado al conductor terminal superior del grupo siguiente de la misma fase. Esto pone todos los grupos de cada fase en serie en el devanado. Estos conductores terminales de los grupos de cada polo suelen llamarse puentes.
FIG. 71. El último paso en las conexiones se ha completado ahora y los comienzos y finales de los primeros grupos están conectados a los conductores de línea que se sacan por el costado de la derecha de la armazón. Se observará que los tres principios para las fases que están marcadas SA, SB y SC se han tomado de los grupos primero, tercero y quinto, cerca de la abertura para la entrada de los conductores de línea en la armazón. En la parte superior del devanado pueden verse los tres conductores terminales finales marcados FA, FB y FC.
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En la figura 71 pueden verse los tres conductores finales conectados juntos en la parte superior de la máquina, y los tres conductores iniciales están conectados a tres conductores gruesos recubiertos de caucho que son los conductores de línea. Ahora se doblan o se comprimen contra la parte exterior de las cabezas de las bobinas los conductores de los grupos para que no toquen al rotor ni a la tapa del costado de la máquina cuando se coloquen en su sitio y el devanado está entonces listo para ponerle el compuesto aislante y secarlo a la estufa.
Agrupamiento desigual de las bobinas Los devanados imbricados que hemos estudiado hasta ahora han tenido todos grupos iguales de bobinas, esto es, el mismo número de bobinas en los grupos consecutivos. En algunos casos es necesario bobinar un estator con grupos desiguales de bobinas en el devanado. Esto se debe a que el número de ranuras no es divisible por el producto del número de polos por el número de fases. El agrupamiento desigual de las bobinas que se usará en un caso de esta índole comprenderá dos o más grupos en cada polo, con números desiguales de bobinas. Por ejemplo, supongamos que tenemos una máquina de 48 ranuras para devanarla con 6 polos y 3 fases. En este caso, el producto de los polos por las fases es de 6 X 3 = 18. El número de ranuras es de 48 y no es divisible por 18, de modo que no podemos emplear grupos iguales de bobinas. Sin embargo, este estator puede devanarse satisfactoriamente para tres fases, empleando el siguiente agrupamiento de las bobinas: 3 bobinas en el grupo A, 3 bobinas en el grupo C y luego dos bobinas en el grupo B, lo que completa el primer polo. Para el segundo polo, el grupo menor debe corresponder a otra fase; por consiguiente, pondremos 3 bobinas en el grupo A, 2 en el grupo C y tres en el grupo B, etc. Por consiguiente, alternamos o cambiamos el grupo menor desde una fase a la siguiente a través del devanado. Los cuadros de la tabla IV muestran la manera como este agrupamiento hará que sea uniforme el número de bobinas por fase en el devanado completo. Estas tablas muestran, con su combinación numérica, los agrupamientos desiguales que suelen emplearse en los motores bifásicos y trifásicos. TABLA IV Agrupamientos desiguales de bobinas en motores bifásicos y trifásicos. Número de bobinas en cada polo y cada fase. A C Polo 1 3 3 Polo 2 3 2 Polo 3 2 3 Polo 4 3 3 Polo 5 3 2 Polo 6 2 3 48 ranuras, 6 polos, 3 fases
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B 2 3 3 2 3 3
A C Polo 1 4 5 Polo 2 5 4 Polo 3 4 5 Polo 4 5 4 54 ranuras, 4 polos, 3 fases
B 4 5 4 5
A C Polo 1 3 2 Polo 2 2 3 Polo 3 2 2 Polo 4 2 2 Polo 5 3 2 Polo 6 2 3 Polo 7 2 2 Polo 8 2 2 54 ranuras, 8 polos, 3 fases
B 2 2 3 2 2 2 2 2
A C Polo 1 5 4 Polo 2 4 5 Polo 3 5 4 Polo 4 4 5 Polo 5 5 4 Polo 6 4 5 54 ranuras, 6 polos, 2 fases Las líneas horizontales muestran el número de bobinas por grupo en cada fase de cada uno de los polos. Las columnas verticales muestran el número de bobinas por grupo en todo el devanado. Sumando las columnas de cada fase se hallará como resultado que el número de bobinas por fase es el mismo en las tres, o dos, fases. Obsérvese que esta disposición de las bobinas pone un número de ellas en cada fase al terminar el devanado, aunque no hay el mismo número en cada fase de un polo cualquiera.
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Fig. 72. Estator parcialmente devanado con bobinas hechas en fábrica. Bobinas así preparadas pueden comprarse fácilmente a muchos fabricantes, de modo que pueden ser rápida y cómodamente introducidas acelerando las reparaciones de las máquinas.
Fig. 73. Aspecto esmerado que presenta un estator devanado con las bobinas del tamaño y la forma adecuados y que han sido cuidadosamente, colocadas en las ranuras.
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PREGUNTAS DE EXAMEN 1. a) ¿Qué es grupo de bobinas? b) Indique la fórmula para averiguar el número de bobinas por grupo. 2. Defina el devanado imbricado empleado en los motores de C.A. y en los alternadores. 3. ¿Qué ventaja tiene emplear un devanado ondulado en las máquinas de C.A.? 4. Suponiendo que se desea poner un devanado trifásico en un estator de 72 ranuras, para 6 polos, ¿Cuál será el número de bobinas por grupo y cuál será la luz o ancho de las bobinas? 5. Cuando hay dos o más bobinas en un grupo, ¿se conectan de modo que den la misma o diferente polaridad? 6. Indíquense los dos tipos de bobinas que se emplean en las ranuras parcialmente cerradas para los estatores de 15 HP o menos. 7. ¿Cómo se marcan a menudo los conductores terminales de las bobinas para facilitar su conexión? 8. ¿Qué prueba importante debe hacerse en todas las bobinas antes de conectarlas finalmente? 9. ¿Por qué es a veces necesario emplear en ciertas máquinas de C.A. grupos desiguales de bobinas? 10.¿Por qué se dejan los lados o costados s uperiores del primer grupo de bobinas fuera de las ranuras hasta la última parte del t rabajo de devanado?
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CAPITULO V
CONEXIONES EN ESTRELLA Y EN TRIANGULO Después que se han completado las conexiones de los grupos de bobinas y de los grupos de cada polo de un devanado trifásico, quedan 6 conductores terminales para conectarlos con los conductores de línea. Los dos métodos para conectar esos conductores se conocen con los nombres de conexiones en estrella y en triángulo. Esas conexiones son muy importantes, ya que de ellas depende en grado considerable el voltaje nominal de un alternador o un motor de C.A.
Fig. 74. Estos dos esquemas ilustran el método para hacer conexiones en estrella con los devanados de corriente alterna. Obsérvese el defasamiento entre los tres devanados de la izquierda y también cómo están colocados en serie cada dos devanados entre un par cualquiera de conductores de fase. El esquema de la derecha es conveniente consultarlo cuando hay que conectar de esta manera devanados de máquinas. La vista de la izquierda de la figura 74 muestra la conexión en estrella para un devanado de C.A. Las tres bobinas, A, B y C, representan los devanados trifásicos de la máquina y están separados por 120 grados. La conexión central de esta estrella es el punto en el cual están conectados los tres conductores finales del devanado. Los tres extremos exteriores de las bobinas son los iniciales y están conectados a los conductores de línea. El esquema de la derecha de esta figura muestra el método para hacer directamente la conexión de estrella de los conductores terminales de un devanado. El símbolo para la conexión en estrella es una señal que consiste en tres líneas cortas separadas 120 grados y unidas en el centro. Es bastante común emplear la letra Y.
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FIG. 75. Procedimiento para conectar en triángulo devanados de corriente alterna. El esquema de la izquierda muestra que con esta conexión en triángulo están en paralelo dos devanados entre un par cualquiera de conductores de fase. El esquema de la derecha muestra la manera de hacer una conexión en triángulo con los conductores terminales del devanado de una máquina. La vista de la izquierda de la figura 75 muestra la conexión en triángulo para un devanado de C.A. Las tres bobinas, A, B y C, representan de nuevo el devanado trifásico de la máquina y están conectadas en un circuito cerrado con el inicial de A unido al final de C; el inicial de C, al final de B, y el inicial de B, al final de A. Luego se hacen las tomas de los conductores de línea en esos puntos en los cuales se juntan los devanados. El esquema de la derecha de la figura 75 muestra el método para hacer directamente la conexión en triángulo de los conductores de un devanado. El símbolo para la conexión en triángulo es un triángulo pequeño, ∆.
Voltaje de las conexiones en estrella y en triángulo Comparando esos dos tipos de conexiones de las figuras 74 y 75, se observará que la conexión en triángulo tiene solamente la mitad de vueltas de alambre en serie, entre los conductores de línea de una fase cualquiera, que la conexión en estrella. Sabemos que el número de vueltas o bobinas en serie afecta directamente al voltaje; por consiguiente, es fácil ver que para un voltaje dado por fase la conexión en estrella en un alternador producirá un voltaje más alto que la conexión en triángulo, y que la conexión en estrella, cuando se emplee en un motor, permitirá usar éste con un voltaje de línea más alto. Sin embargo, la conexión en triángulo tiene dos devanados en paralelo entre dos conductores cualquiera de línea o fase y, por consiguiente, tendrá una capacidad de intensidad de corriente mayor que la conexión de estrella. Puesto que la conexión en estrella pone en serie dos veces más bobinas entre los conductores de línea qué la conexión en triángulo, podría parecer a primera vista que daría el doble de voltaje que la conexión en triángulo. Sin embargo, el aumento de voltaje no será hasta el doble, porque los dos devanados de la máquina están separados 120º y, en consecuencia, sus voltajes máximos se producirán en momentos algo distintos. La 104
colocación del devanado de la fase C entre los devanados de las fases A y B, como se explicó en la sección de Marca y conexión de los conductores terminales de las, bobinas, hace que se invierta, en realidad, su relación de fase con los otros dos devanados por un desplazamiento de l80º; y en la conexión en estrella esto hace que se produzcan voltajes en serie que sólo están desplazados 60 grados. Y cuando dos voltajes iguales separados 60 grados, han sido conectados en serie, su voltaje total en un instante cualquiera no será aumentado al doble, sino que alcanzará aproximadamente 1,73 veces el voltaje de uno cualquiera de ellos. Este valor se obtiene por adición vectorial en lugar de numérica. La figura 76 muestra cómo puede hacerse esto gráficamente, o sea, con líneas trazadas a escala y con los ángulos apropiados para representar los voltajes que hay que sumar. La línea de B a A representa 100 voltios de un devanado, y la línea desde B a C representa 100 voltios de otro devanado defasado 120º con respecto al primero. Sin embargo, puesto que una de las fases tiene invertida su relación de fase con respecto a las otras, trazaremos una línea desde B a D en el sentido opuesto para representar el voltaje invertido o desplazado 180º; o sea, en el sentido opuesto a la de la línea BA. Este voltaje estará entonces desplazado 60º con respecto al de la otra fase, indicado por la línea BC. Completando el paralelogramo de fuerzas como indican las líneas de trazos, podemos averiguar la suma vectorial de los voltajes de los dos devanados de fase que están en serie, midiendo la línea diagonal BE. Si suponemos que las longitudes de las líneas BC y BD representan cada una 100 voltios a la escala de 32 mm por cada 100 voltios, midiendo la longitud de la línea BE hallamos que es de 1,73 veces más larga que cualquiera de las otras dos; por consiguiente vemos que su equivalencia deberá ser muy aproximadamente, 173 voltios. Se observará en la figura 76 que una línea recta trazada desde A hasta C tendría exactamente la misma longitud que la línea que va desde B a E.
FIG. 76. Método para sumar dos voltajes de devanados conectados en serie pero defasados 60º el uno con respecto del otro. La línea diagonal de trazos da a suma correcta de los dos voltajes representados por las líneas llenas. En muchos casos, se trazan estos gráficos vectoriales de la manera que se señala, invirtiendo simplemente la flecha de la línea AB y trazando las líneas BD, CE y BE. Puede aplicarse este mismo método para hallar la suma o la fuerza resultante de dos fuerzas mecánicas distintas cuyas direcciones forman un ángulo. Si tenemos una fuerza de 100 kilogramos, aplicada en la dirección y sentido BC, y otra fuerza igual aplicada en la dirección y sentido BD, la fuerza resultante BE valdrá aproximadamente 173 Kg. El hecho importante que conviene recordar es que la conexión en estrella da siempre un voltaje igual a 1,73 (o, más exactamente, 1,732) veces el voltaje de la conexión en triángulo. Por consiguiente, al cambiar de, la conexión en triángulo a la conexión en estrella multiplicamos por 1,732 el voltaje de la conexión en triángulo; y al cambiar de la conexión en estrella a la conexión en triángulo dividimos el voltaje de la conexión en estrella por 1,732, o lo multiplicamos por 0,5774, para, de este modo, obtener el voltaje de 105
la conexión en triángulo.
Devanado de paso fraccionarlo Los devanados de paso fraccionario son aquellos en los que la luz de la bobina es menor que el paso total. Hay varias razones para hacer devanados con bobinas de paso fraccionario. Las bobinas más cortas empleadas en esos devanados les proporcionan mayor resistencia mecánica y producen también un voltaje más bajo que las bobinas de paso total o completo. Los devanados de paso fraccio~ nario se emplean también para mejorar el factor de potencia de las máquinas de corriente alterna, según veremos en sección posterior.
Fig. 77. Obsérvese cómo los devanados con paso fraccionario hacen que las bobinas sean más cortas a medida que se disminuye su paso. Las bobinas más cortas tendrán una resistencia mecánica mayor, que es una de las ventajas de este tipo de devanado. Consultando la figura 77 se observará que la longitud de la bobina entre sus cabezas o puntas se reduce al hacer que el ancho o luz de la bobina sea inferior al paso total. En esta figura se supone que la bobina grande que abarca desde la ranura 1 hasta la 7 es una bobina de paso total o completo; por consiguiente, una bobina cuyos lados o costados están colocados en las ranuras 1 y 6 será una bobina de paso fraccionario y tendrá un paso de 83,33%. Cuanto más cortas sean las cabezas de la bobina tanto mayor será su resistencia mecánica. En casi todos los devanados de los motores bifásicos se emplea un ancho o luz de bobina menor que el paso total y, por lo general, es del 75 al 85% de este paso. Si se cambia el devanado de un alternador del paso total al paso fraccionario, las bobinas así acortadas no abarcarán desde el eje de un polo hasta el eje del siguiente. El voltaje del alternador será, pues, menor. Esta reducción de voltaje variará según el seno de un ángulo igual a la mitad de los grados eléctricos abarcados por la bobina. Por ejemplo, si una máquina tiene 54 ranuras y 6 polos, la luz de la bobina de paso total será (54 : 6) + 1, o sea, 10. Las bobinas de este devanado abarcarán entonces desde la ranura 1 a la 10 y este paso total será, por consiguiente, de 180 grados eléctricos. Esa bobina abarcará desde el eje de un polo hasta el eje del polo siguiente, y el voltaje 106
engendrado en ella será máximo, o sea, 100%. Si empleamos tina bobina de paso fraccionario colocada en las ranuras 1 y 7, sólo abarcará en este caso 120 grados eléctricos, en lugar de 180. Puesto que 54 : 6, o sean 9 ranuras, representan 180 grados, una ranura representará 20 grados y 6 ranuras 120 grados. La mitad de 120 grados es 60 grados, y el seno de un ángulo de 60 grados es 0,866. Por consiguiente, tina bobina de paso fraccionario, que abarque 6 ranuras en lugar de 9, sólo engendrará un poco más de 86% del voltaje que produciría una bobina de paso completo y esto se aplicaría a todo el devanado de la máquina.
Conexión especial de los grupos de bobinas de cada polo La figura 78 presenta un sistema de conexiones muy empleado en los motores trifásicos.
FIG. 78. Método diferente para conectar los grupos de bobinas por polo del devanado con el fin de obtener una disposición más compacta de los conductores terminales en los devanados hechos con conductores gruesos, Este método conecta simplemente un polo si y otro no de cada fase en un grupo directo en serie sin cruzar los conductores; después se vuelve hacia atrás para conectar los polos restantes de las fases que se saltaron la primera vez. Estos se conectan en otro grupo directo en serie y al primer grupo de manera que se produzcan alternativamente polos N. y S. en esa fase. Este sistema de conexiones dará el mismo resultado que el que se ha descrito antes y puede emplearse con cualquier devanado bifásico o trifásico. Se observará que en lugar de conectar el final de un grupo determinado de bobinas con el final del grupo siguiente de esa fase, se lleva este conductor final hasta el inicial del tercer grupo de bobinas de esa fase, saltando el segundo grupo y dejándolo para conectarlo cuando se hagan las conexiones en sentido contrario al reloj. Esto produce la misma polaridad que si todas las bobinas de una, fase determinada se conectaran juntas sucesivamente el final con el final, el principio con el principio, etc. Compárese este método con el de la figura 66. Una de las ventajas de este sistema es que en los devanados gruesos permite que las conexiones de las puntas se adapten mejor contra las bobinas y encajen en el pequeño espacio disponible en la máquina.
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Devanados de rotores
FIG. L79o. Esquema completo de un devanado ondulado para un rotor de 24 ranuras. Los rotores así devanados se llaman a veces rotores de fases devanadas. Hemos dicho ya antes que algunas máquinas de corriente alterna tienen rotores bobinados con devanados similares a los de los inducidos de C.C., pero en lugar de estar conectadas esas bobinas a las delgas del conmutador, están conectadas juntas para formar dos o tres fases de una manera análoga a como se conectan las bobinas del estator. Después se conectan los conductores terminales principales a anillos deslizantes solidarios del eje del rotor. Esos devanados se emplean en las máquinas de velocidad variable y en aquellas en que se necesitan un par de arranque muy potente y determinadas características del factor de potencia. La figura 79 es un rotor de fases devanadas, de cuatro polos y 24 ranuras, con un devanado ondulado, Este tipo de devanado se emplea mucho en los rotores grandes que tienen bobinas hechas con barras gruesas de cobre, y el sistema de conexión es prácticamente el mismo que para los devanados ondulados. Este rotor puede emplearse satisfactoriamente con los devanados de estatores bifásicos o trifásicos. El procedimiento para devanar esos rotores es prácticamente el mismo que el empleado para devanar los inducidos de C.C. salvo por la diferencia en las conexiones.
Cambio del voltaje de funcionamiento de los motores de inducción El electricista encargado de la conservación se enfrenta a menudo con el problema de cambiar el voltaje de los motores de inducción para que puedan trabajar con un voltaje de línea distinto cuando se trasladan a tina localidad diferente en la cual no puede obtenerse el voltaje para el que se construyeron originalmente. El voltaje de un motor cualquiera varía en proporción directa al número de vueltas 108
conectadas en serie en su devanado. Si se recuerda bien esta regla tan sencilla, se resolverán con más facilidad muchos problemas que se presentan al efectuar cambios de voltaje en la maquinaria eléctrica. Existen, por supuesto, ciertos límites prácticos más allá de los cuales no deben llevarse este cambio de voltaje; por ejemplo, si tenemos un devanado que trabaja a 220 voltios, podríamos aumentar el número de vueltas hasta un punto en el cual el devanado podría resistir 2.300 voltios, pero es dudoso que el aislamiento resistiera un voltaje tan alto. Casi siempre puede volverse a conectar un devanado para trabajar con un voltaje más bajo que aquel para el cual se construyó la máquina; pero cuando se reconecta una máquina para aumentar su voltaje de funcionamiento, debe tenerse siempre en cuenta el aislamiento. La prueba usual de masa para el aislamiento de esta maquinaria consiste en aplicar un voltaje alterno doble del voltaje nominal de la máquina, más un millar de voltios. Este voltaje debe aplicarse entre el devanado y la armazón de la máquina por lo menos un minuto y debe hacerse una prueba después de modificarse las conexiones del devanado o antes de poner en funcionamiento cualquier devanado nuevo. Cuando se cambia un devanado para un voltaje diferente, debe disponerse de modo que el voltaje en cada grupo de bobinas siga siendo el mismo. La figura 80 ilustra la manera como puede hacerse esto. En el esquema A, se aplican 220 voltios a 4 grupos de bobinas en serie, lo que equivale a aplicar 55 voltios a cada grupo, y supondremos que este voltaje hará circular una corriente de 5 amperios. En B puede verse el mismo devanado reconectado para 110 voltios, con dos grupos en serie en cada Lino de los dos circuitos en paralelo. Cuando se aplican 110 voltios a esos dos grupos en paralelo tendremos todavía 55 voltios por grupo, y circulará una corriente de la misma intensidad. El campo magnético rotativo no será afectado ni cambiará mientras no varíe la intensidad de la corriente en cada bobina y mientras se mantenga la misma polaridad en los grupos.
Fig. 80. Método para reconectar los polos del devanado que estaban en serie, poniéndolos en serie-paralelo con el fin de que la máquina pueda trabajar con un voltaje más bajo. Esto explica el hecho de que no sea necesario cambiar el devanado del rotor cuando se reconecta el devanado del estator para conseguir un voltaje diferente. Al reconectar devanados bifásicos o trifásicos hay que conectar todas las fases con el mismo número de circuitos, y cuando se conectan los grupos en un devanado que tenga varios circuitos debe tenerse mucho cuidado en obtener la polaridad correcta en cada grupo.
Prueba para ver si la polaridad es correcta Al cambiar las conexiones de un devanado trifásico hay que tener mucho cuidado de no conectar las fases con una relación de 60º en lugar de 120º, como debe ser. Consultando 109
la figura 81, puede verse que sería fácil conectar al punto central de la estrella el extremo erróneo de la fase B. Esto invertiría la polaridad de todo el devanado B y haría que el devanado del extremo dejara de producir el campo rotativo apropiado. El resultado sería que el motor no desarrollaría el par correcto y que el devanado podría recalentarse y hasta quemarse si no se descubriera en seguida el defecto y se corrigiera. Para evitar cometer tina equivocación de esta clase, debe seguirse cada devanado, empezando por los conductores terminales y prosiguiendo hasta la conexión en estrella en el centro del devanado. A medida que se va siguiendo cada grupo de bobinas se pone una flecha que indique el sentido en el que se siguió el grupo. Una vez que se han seguido de esta manera las tres fases y se han inspeccionado las flechas puestas sobre los grupos, el esquema o la conexión es correcta si las flechas que figuran en los grupos adyacentes tienen sentidos opuestos. Esto es, que deben señalar alternativamente en el sentido del reloj y en el contrario, alrededor del devanado.
FIG. 81. Devanado trifásico de cuatro polos en el cual los grupos de polos en cada fase están todos los cuatro conectados en serie, y los tres grupos en serie están conectados en estrella, como ilustra el esquema del centro. No deben confundirse los esquemas interior y exterior porque ambos son independientes, indicando cada uno el mismo devanado en una forma distinta.
Efecto del cambio de voltaje sobre la intensidad de la corriente Es una costumbre común entre la mayoría de los fabricantes construir máquinas de modo que puedan conectarse fácilmente a uno u otro de los dos voltajes más comunes. Esto se consigue por medio de una disposición en serie o en paralelo, que se comprenderá más fácilmente comparando las figuras 81 y 82. En el centro de cada uno de esos esquemas puede verse un pequeño dibujo simplificado que ilustra de una manera sencilla la disposición en serie o en paralelo de las bobinas. Este esquema del centro de la figura 81 indica que hay dos veces más grupos de bobinas en serie entre los conductores terminales que en la conexión de la figura 82. Esto significa que si el devanado de la figura 81 está correctamente conectado para 440 voltios, el de la figura 82 lo estará para 220 voltios.
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FIG. 82. El mismo devanado trifásico y de cuatro polos de la figura 81, pero en este caso los cuatro grupos de cada fase han sido conectados dos en serie y dos en paralelo, y después los grupos de las fases se han conectado en estrella, como indica el esquema del centro.
FIG. 83. También aquí tenemos el devanado trifásico de cuatro polos. En este esquema los cuatro polos de cada fase están colocados en paralelo y los tres grupos de las tres fases están conectados en estrella, como indica el esquema del centro. Sabemos que la potencia en HP de un motor cualquiera depende del número de vatios que se consumen en su circuito, y sabemos también que los vatios son el producto de los voltios por los amperios; por consiguiente, si queremos mantener la misma potencia en un motor con la mitad de su voltaje normal, es fácil ver que tendrá que soportar dos veces más amperios a plena carga. Comparando el esquema de] centro de la figura 81 con el de la figura 82, vemos que esta intensidad de corriente adicional puede ser soportada sin inconveniente por los devanados si se han reconectado para el voltaje más bajo, como en la figura 82. En esta 111
conexión hay dos circuitos en paralelo que, por supuesto, tendrán un área transversal de cobre doble de la que tenían los circuitos únicos de la figura 81.
FIG. 84. Devanado trifásico de seis polos, c on los seis polos de cada fase conectados con dos en serie y tres de estos grupos en paralelo, y después los tres grupos de las fases conectados en estrella.
FIG. 85. El devanado trifásico y de seis polos, en este caso, tiene los seis polos de cada fase conectados en paralelo y los grupos de las tres fases conectados en estrella. Los esquemas de las figuras 81, a 85 inclusive muestran aplicaciones prácticas adicionales de los circuitos en serie y en paralelo para obtener diferentes capacidades de voltaje y de intensidad de corriente de los devanados de las máquinas. Si el número de polos de la máquina es divisible por 4, como, por ejemplo, 4, 8, 12, 16, etc., el devanado puede conectarse en 4 circuitos en paralelo, como se indica en la figura 83. Comparando éste con las conexiones y los voltajes de las figuras 81 y 82, vemos que será correcto actuar sobre el devanado de la figura 83 con 110 voltios y con una corriente 4 veces más intensa que la empleada en la conexión de la figura 81 para mantener la misma potencia en HP. La intensidad incrementada en esta conexión es adecuada 112
también para los cuatro circuitos en paralelo. Basándose en este mismo principio, si el número de polos de una máquina es divisible por 6, será posible reconectar los devanados para 3 o para 6 grupos en paralelo, como se indica en las figuras 84 y 85. Antes de intentar hacer esos cambios en las conexiones, debe verificarse si puede conectarse el devanado con el número deseado de circuitos. Una regla sencilla a este respecto es que el número total de polos tiene que ser divisible por el número de circuitos que se desee; de lo contrario, no puede cambiarse el devanado para adaptarlo a esa conexión.
Conexiones especiales para cambios convenientes de voltaje Puesto que algunas fábricas pueden disponer de más de un voltaje para fuerza, los fabricantes suelen suministrar motores que pueden transformarse fácilmente para que funcionen con uno u otro voltaje; por ejemplo, 110 ó 220 voltios, o 220 ó 440 voltios; también, de cualquiera de los voltajes altos a los bajos. En la mayoría de los casos cada devanado está dividido en dos partes y salen del motor conductores terminales adecuados procedentes de cada sección. Esos conductores terminales pueden cambiarse convenientemente para uno o dos voltajes. Casi todos los motores de inducción de repulsión que emplean un devanado del tipo de espiral están provistos de este dispositivo para poder utilizar dos voltajes. La figura 86 presenta los devanados y el bloque de terminales de tina máquina de este tipo y la manera de cambiar las conexiones para 110 ó 220 voltios. Dos polos están conectados en serie con los conductores terminales 1 y 4 sacados hasta el bloque de terminales, y por otro lado dos polos están en serie con los conductores terminales 2 y 3. Cambiando simplemente las conexiones de los conductores de línea y uno o dos de los puentes cortos entre esos terminales, puede cambiarse el devanado para trabajar con uno u otro de los dos voltajes dados. En los motores bifásicos o trifásicos se emplea también un sistema análogo. La figura 87 muestra el método empleado para disponer los conductores terminales de un devanado trifásico y las conexiones desde el devanado al bloque de terminales. Los dos esquemas pequeños de la derecha de esta figura muestran el método para cambiar las conexiones de la línea y los puentes para que el motor funcione con 440 ó 220 voltios. En esta figura se han representado los devanados del motor por las líneas gruesas dispuestas en la conexión en triángulo, con conductores terminales distintos para cada sección del devanado hasta el bloque de terminales.
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FIG. 86. Disposición de los terminales de un devanado monofásico para cambiar cómodamente de la conexión en serie a la conexión en paralelo, para que pueda funcionar con dos voltajes diferentes.
FIG. 87. Disposición de los conductores terminales para un devanado trifásico en triángulo y la manera corno pueden distribuirse en un bloque de terminales para facilitar los cambios de voltaje. 114
La figura 88 es un esquema del devanado de un estator conectado en estrella y la disposición de los conductores terminales desde las diferentes secciones del devanado hasta el bloque de terminales.
Fig. 88. Devanado conectado en estrella y cuyos conductores salen todos hasta un bloque de terminales para facilitar el cambio de 440 a 220 voltios. Los pequeños esquemas a la derecha de esta figura muestran también el método para disponer los conductores de línea y los puentes para que la máquina trabaje a 220 6 4,10 voltios.
Cambios del número de fases En algunos casos de emergencia es conveniente saber cómo puede cambiarse un motor trifásico para que funcione como bifásico o viceversa. El ejemplo que sigue ilustrará el procedimiento que debe emplearse para hacer un cambio de esta clase. Supongamos que tenemos una máquina que está conectada con tres fases y tiene 144 ranuras en el estator y un devanado con 24 polos. Las bobinas están conectadas en triángulo con 4 circuitos en paralelo, para 440 voltios y queremos reconectarlas para que trabajen al mismo voltaje, pero con dos fases. 144 bobinas conectadas para tres fases darían 144:3, o sea, 48 bobinas por fase. Estas bobinas se conectarían en 4 circuitos en paralelo, de modo que habría 48:4, o sea, 12 bobinas en serie en desviación con la línea. Recuérdese que esas 12 bobinas están conectadas en serie sobre 440 voltios, por consiguiente, tendríamos aplicados a cada bobina, en el devanado original, aproximadamente 36,67 voltios. Este devanado tiene que reagruparse para dos fases, lo que significa que si se conecta en circuitos sencillos habrá 144:2, o sea, 72 bobinas en
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serie. Para mantener el mismo voltaje en cada bobina tienen que conectarse el mismo número de bobinas en serie en derivación con la línea que antes; por consiguiente, tenemos que disponer las bobinas para el devanado de dos fases en 72:12=6 circuitos en paralelo. Según la fórmula para averiguar el número de bobinas por grupo, el devanado trifásico tendría (144:24):3, o sea, 2 bobinas por grupo. Puesto que un devanado bifásico tendría (144:24):2, o sea, 3 bobinas por grupo, sería necesario reconectar algunos de los conductores terminales de las bobinas para este nuevo agrupamiento.
Cambios en la frecuencia A veces se quiere cambiar un motor que ha estado funcionando con una frecuencia determinada de modo que pueda trabajar conectado a un circuito de otra frecuencia diferente. La frecuencia más común para los circuitos de corriente alterna empleada en Norteamérica es en la actualidad 60 períodos, pero de cuando en cuando se encuentra algún circuito de 25 períodos o de alguna otra frecuencia más o menos extraña. Sabemos que cuando un motor de inducción está funcionando, se establece en el estator un campo magnético rotativo y que es este campo el que induce en el rotor la corriente secundaria y produce el par motor; sabemos también que este mismo campo magnético rotativo corta las bobinas del propio estator y engendra en ellas un contra-voltaje que se opone al voltaje de línea aplicado y limita la corriente que pasa por el devanado. El valor de la fuerza contraelectromotriz desarrollada depende de la velocidad de rotación del campo magnético y, por consiguiente, esta velocidad de rotación regula la intensidad de la corriente que puede circular por el devanado con cualquier voltaje de línea dado. La velocidad de rotación de ese campo magnético depende de dos factores, que son el número de polos en el devanado y la frecuencia de la corriente alterna aplicada. Los efectos del cambio en el número de polos se explicarán en un artículo posterior. Cualquier cambio que se haga en la frecuencia de la corriente suministrada a un motor debe ser compensado por un cambio en el voltaje en el mismo sentido y en la misma proporción. Esto debe hacerse de modo que la corriente que circule por las bobinas conserve el mismo valor. Por ejemplo, si un motor tiene que cambiarse de 30 períodos a 60, el campo magnético girará con una rapidez dos veces mayor y el contra-voltaje se duplicará. Esto significa que si queremos mantener la misma intensidad de la corriente que circula por las bobinas del estator, el voltaje de línea debe duplicarse también. Si el devanado tiene que trabajar con el mismo voltaje a esta frecuencia más elevada, debe reducirse el número de vueltas en cada grupo en derivación con la línea a la mitad del número original, para que circule la misma corriente. Este procedimiento tiene que invertirse, por supuesto, cuando se cambia un motor con el fin de que funcione con una frecuencia menor. La potencia en HP de un motor cualquiera es proporcional al producto de su ve locidad por su par motor, o esfuerzo de rotación. Por consiguiente, cuando se varía la frecuencia y se mantiene constante el flujo del estator, la potencia en HP variará en proporción directa al cambio en la velocidad.
Cambio del número de polos y de la velocidad A mentido se desea cambiar la velocidad de los motores para realizar diferentes trabajos en las plantas fabriles o industriales. Esto puede hacerse cambiando el número de polos en los devanados del estator de los motores de C.A. La velocidad (le un motor de inducción es inversamente proporcional al número de polos; esto es, que si el número de polos se duplica, la velocidad disminuirá a la mitad; o por el contrario, si los polos se reducen hasta la mitad de su número inicial, la velocidad se duplicará. Esta regla supone que la velocidad del rotor será la misma que la del campo magnético rotativo. Sin embargo, existe un pequeño deslizamiento, esto es, que la velocidad del rotor 116
no es igual a la del campo magnético rotativo. Esto hace que el rotor gire algo más lentamente que el campo magnético. Una fórmula muy sencilla que puede emplearse para determinar la velocidad del campo magnético rotativo de esos motores y la velocidad aproximada del rotor es la siguiente: 120 X frecuencia = r.p.m. polos Cuándo se cambia el número de polos de un motor de inducción, si el voltaje se varía en el mismo sentido y en la misma proporción que el cambio producido en la velocidad, el par motor seguirá siendo prácticamente el mismo y la potencia en HP variará con la velocidad. Por consiguiente, la potencia en HP aumenta con las velocidades más elevadas y disminuye con las más bajas, en proporción exacta al cambio en la velocidad.
Conexiones especiales para cambiar cómodamente la velocidad Por lo general, el cambio en el número de polos se limita a una variación de sólo un par de Polos, como, Por ejemplo, el cambio de 6 a 8 polos, o de 10 a 12, etc. Sin embargo, hay algunos motores de construcción especial que tienen devanados conectados de modo que pueden cambiarse desde fuera del motor por medio de una disposición adecuada de los conductores terminales y de un interruptor. Esos motores pueden transformarse para que funcionen con toda su velocidad o con la mitad de ésta.
FIG. 89. Devanado trifásico imbricado en que se han sacado seis conductores terminales de línea para su conveniente conexión para dos o cuatro polos. Esto permite cambiar fácilmente la velocidad de la máquina. La, figura 89 es un devanado trifásico imbricado que puede conectarse para dos o para cuatro polos, cambiando las conexiones dé sus conductores terminales fuera del motor. Este devanado producirá el mismo par motor en las dos velocidades y desarrollará una potencia dos veces mayor marchando como motor de dos polos y a la velocidad más elevada que la que desarrollará como motor de cuatro, polos funcionando a la velocidad más baja. Fuera de la armazón del motor salen 6 conductores y las conexiones externas deben hacerse como sigue: para obtener dos polos, se conectan los conductores de línea a L4, L5 y L6. Después se conectan juntos LI, L2 y L3. Para obtener 4 polos, se conectan los conductores de línea a LI, L2 y L3, y se dejan L4, L5 y L6 abiertos o desconectados. Este devanado tiene dos grupos de bobinas por fase y cuando un devanado de este tipo tiene tantos grupos en cada fase como polos, se conoce con el nombre de conexión de polos salientes. Se observará que en el devanado de cuatro polos sólo se emplean dos grupos para
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producir en el estator cuatro circuitos magnéticos. Esto es lo que se llama una conexión de polos consecuentes.
Al conectar devanados de dos velocidades de este tipo, suelen hacerse de paso fraccionario para la conexión de gran velocidad. Cuando se reconectan devanados para un número diferente de polos, será necesario cambiar algunas de las conexiones de grupo.
Procedimiento para hacer las reconexiones de una maquina cuando se quiere cambiar su velocidad El ejemplo que sigue ilustra los cambios que hay que hacer para reconectar tina máquina para un número diferente de polos. Supongamos que tenemos un motor que ha estado trabajando a 300 rpm. con una frecuencia de 25 períodos. Al inspeccionar el devanado y las conexiones vemos que tiene 10 polos, un devanado trifásico conectado en triánguloserie, y que funciona a 440 voltios. Hallamos también que el devanado tiene 120 bobinas con una luz o ancho de éstas de paso fraccionario de 1 a 12. Por consiguiente, cada grupo tiene (120 :10):3, o sea, 4 bobinas. Se desea aumentar la velocidad de este motor en un 25% con el mismo voltaje. 250% de 300 rpm. O sea de la velocidad normal, es 75, y por lo tanto, la nueva velocidad debe ser 375 rpm. Para averiguar el número de polos que se necesitarán para esta velocidad podemos emplear la fórmula: 120 X frecuencia_ Velocidad o sea, en este caso, 120 X 25 = 8 375 1 Puesto qué hay que cambiar el número de polos, habrá que cambiar también el número de bobinas por grupo. Esto se conseguirá volviendo a conectar de una manera diferente los conductores terminales de las bobinas; y, de acuerdo con la fórmula para los grupos de bobinas, el número de bobinas para la nueva conexión debe ser (120:88):3 = 5 bobinas por grupo. Después que se han reagrupado las bobinas, el factor que hay que examinar es el v oltaje. Hemos dicho ya que el voltaje se variará en proporción directa a la velocidad; por consiguiente, un aumento del 25% en la velocidad producirá también un aumento del 25% en el voltaje original, que en este caso sería 440 X 1,25, o sea, 550 voltios. Este sería el voltaje necesario para utilizar el devanado si se dejara conectado en triángulo-serie. Pero puesto que queremos que el motor trabaje con el mismo voltaje que antes, hay que hacer algún cambio en las conexiones que permita que el motor trabaje con 440 voltios. Si cambiamos la conexión original de triángulo-serie y la transformamos en una conexión estrella con dos circuitos en paralelo, el voltaje sería entonces (550:2) X 1,732, o sea, 476 voltios. Si tenemos en cuenta el efecto de la luz de las bobinas sobre el voltaje, vemos que este cambio hará que el voltaje sea aproximadamente correcto con la conexión de 8 polos. La luz de las bobinas del devanado es de 1 a 12, y, por supuesto, seguirá siendo la misma con la nueva conexión, ya que sólo cambiamos las conexiones y no las bobinas. La luz de las bobinas de paso total con la conexión de 8 polos sería (120:8) + 1, o sea, un paso de 1 a 16: esto es, abarcando 15 ranuras. Dejando la luz de las bobinas en 1 a 12, se tienen 4 ranuras menos que el paso total para la nueva conexión de 8 polos. Puesto que cada grupo de polo representa 180º, con una luz de bobina de 15 ranuras, cada ranura representará 180: 15, o sea, 12 grados
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eléctricos. La nueva luz de las bobinas tiene 4 ranuras menos que el paso total, y 4 X 12 = 48 grados menos que el paso total. El paso total tiene 180 grados; por consiguiente, 180 48 = 132 grados eléctricos para la nueva luz de las bobinas. Se recordará que el voltaje varía en proporción directa al seno de un ángulo igual a la mitad del número de grados eléctricos, La mitad de 132 es 66 y el seno de un ángulo de 66 grados es de 0,9135. Esto significa que el voltaje correcto que deberá aplicarse al nuevo devanado será 476 X 0,9135, o sea, 435 voltios. Este voltaje se aproximará bastante al voltaje que se desea para todos los fines prácticos.
PREGUNTAS DE EXAMEN 1. Indíquense los dos métodos empleados para conectar los 6 conductores terminales que salen de un devanado trifásico. 2. Al conectar un alternador trifásico para que produjera el voltaje más alto posible, ¿emplearía una conexión en estrella o una conexión en triángulo? 3. ¿Cuál de las dos conexiones, en estrella o en triángulo, tiene mayor capacidad de intensidad de corriente? ¿Por qué? 4. a) Haga un esquema que muestre cómo se hace una conexión en estrella. b) Haga también un esquema que indique cómo se hace una conexión en triángulo. S. ¿Cuál es la ventaja de usar un devanado de paso fraccionario? 6. ¿De qué depende el límite más allá del cual no debe irse al aumentar el voltaje de funcionamiento de un motor aumentando el número de vueltas en serie? 7. Si se reduce a la mitad el voltaje de funcionamiento de un motor variando la conexión de los devanados, ¿qué cambio tiene que producirse en la capacidad para soportar corriente de los mismos si se desea mantener la misma potencia en HP? 8. Indique la fórmula para determinar la velocidad de un motor de inducción. 9. ¿Qué significa el término deslizamiento cuando se aplica a un motor? 10.¿Cuál es la frecuencia más comúnmente empleada en la actualidad en Norteamérica?
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EMPLEO DE LOS BARNICES Y LOS COMPUESTOS AISLANTES EN LOS DEVANADOS Todos los devanados, sean de C.C. o de C.A., deben impregnarse concienzudamente con un barniz aislante de buena calidad, antes de ponerlos en servicio. Este barniz tiene varios fines muy importantes. Cuando se aplica correctamente, penetra hasta las capas más interiores de las bobinas y actúa como un aislamiento adicional de los conductores, aumentando así la resistencia eléctrica del aislamiento entre ellos. Esta penetración del barniz en el interior de las bobinas y en el encintado exterior reduce muchísimo la probabilidad de que se produzcan cortos circuitos entre, los conductores y masas con las ranuras o la armazón de la máquina. . Cuando un devanado se ha saturado muy bien de barniz aislante y éste se ha endurecido en forma apropiada, aumenta mucho la resistencia mecánica de las bobinas y mantiene rígidamente los conductores en su sitio. Esto impide muchas vibraciones que contribuirían a desgastar y estropear el aislamiento, sobre todo en el caso de los devanados de corriente alterna en los cuales el flujo alterno tiende a hacer vibrar los conductores cuando está funcionando la máquina. El barniz aislante impide también que penetre la humedad en las bobinas y reduzca la calidad del aislamiento, e impide que se acumulen entre las bobinas el polvo, la suciedad y el aceite. Impidiendo la acumulación de humedad, polvo y aceite, se prolonga muchísimo la duración del aislamiento.
Barnices de secado al aire y de secado en la estufa Hay muchas clases de barnices aislantes, algunos de los cuales tienen que secarse en un horno para que se endurezcan y otros que contienen ciertos líquidos o disolventes que hacen que se sequen y endurezcan con gran rapidez cuando quedan expuestos a la acción del aire. Los del primer tipo se llaman barnices de secado en horno y los del segundo, barnices de secado al aire. Un buen barniz aislante del tipo de secado al aire se endurecerá en 20 ó 30 minutos, pero debe dejársele que se seque concienzudamente durante 24 horas, aproximadamente, antes de poner los devanados en servicio. Los barnices que se secan al aire no se consideran tan buenos como los barnices de las mejores calidades que se secan en la estufa. Por consiguiente, deben emplearse estos últimos siempre que se disponga de un horno o de otro medio para aplicar calor en el secado.
Métodos para aplicar los barnices aislantes Hay tres métodos comunes para aplicar barniz a las bobinas y los devanados, que son: por inmersión, con brocha y por pulverización. El método de inmersión se considera el mejor y debe emplearse para todos los pequeños devanados de estatores e inducidos, y también para las bobinas con que se forman los inducidos, los estatores y las bobinas inductoras. Para sumergir en barniz esas bobinas o esos devanados se necesitará un tanque o un recipiente del tamaño y la profundidad adecuados. Antes de sumergir los devanados deben secarse muy bien en un horno a la temperatura aproximada de 100º C. para expulsar toda la humedad y calentar las bobinas de modo que cuando se sumerjan en el barniz éste penetre rápidamente en sus capas más recónditas. Las bobinas deben permanecer sumergidas en el barniz hasta que se vea que no se desprenden ya burbujas de aire. Cuando parece que han absorbido ya todo el barniz posible, deben sacarse del tanque con la lentitud necesaria para que escurra naturalmente el barniz de ellas. Esto les dará un revestimiento uniforme con la menor acumulación posible de barniz en los extremos o cabezas inferiores. Después deben dejarse escurriendo, hasta que cese de gotear barniz y éste se haya endurecido parcialmente. El tiempo necesario para que ocurra esto dependerá del tamaño 120
del devanado o las bobinas. Cuando hay que sumergir un gran número de bobinas pequeñas, Puede ahorrarse mucho tiempo disponiendo un tablero de escurrimiento colocado con cierta inclinación, de modo que puedan colgarse las bobinas encima de él y el barniz que gotee de ellas resbale por el tablero para volver al tanque. Empleando este procedimiento, pueden sumergirse otras bobinas mientras el primer grupo está escurriendo. Después que se haya escurrido el barniz sobrante deben ponerse las bobinas en la estufa. Al ponerlas en ésta es conveniente invertir su posición, de modo que cualquier exceso de barniz que haya en los extremos o cabezas inferiores vuelva a repartirse uniformemente sobre su superficie cuando se empiece a calentar.
Importancia de una buena ventilación en el horno Cuando se están secando al mismo tiempo un gran número de bobinas que casi llenan todo el espacio del horno, se tropieza a veces con dificultades por ser la ventilación insuficiente. Si no se mantiene continuamente en movimiento el aire que hay dentro del horno y no se admite constantemente aire fresco dentro de ella, los vapores desprendidos por el barniz producirán un revestimiento verde en la superficie de las bobinas y se reducirán muchísimo las cualidades aislantes del barniz. En los hornos grandes se emplean a veces pequeños ventiladores para producir una corriente de aire forzado y asegurar una buena ventilación. Los hornos pequeños suelen tener una chimenea en su parte superior y una entrada de aire en el fondo, de modo que el aire caliente pueda subir y mantener una circulación constante. La figura 90 es un horno eléctrico dentro del cual hay un inducido grande de C.C. al que se ha aplicado una capa de barniz y está listo para secarlo. Este horno tiene un control de temperatura automático para mantener uniforme la t emperatura durante toda la operación del secado. Obsérvese también la chimenea de ventilación en la parte superior del horno. Cuando se aplica el barniz con una brocha, debe calentarse antes, si es posible, el devanado para expulsar la humedad y permitir al barniz penetrar más profundamente en las bobinas. El barniz puede aplicarse con cualquier brocha ordinaria para pintar y este método es el que se emplea cuando el tanque no es lo bastante grande para poder sumergir los devanados, o cuando no se dispone de tanque para la inmersión. El método de la pulverización del barniz se emplea principalmente en los devanados grandes y permite obtener una superficie, muy buena para la capa final del barniz. En los extremos o cabezas de las bobinas deben aplicarse dos a tres capas de barniz como protección adicional contra los esfuerzos mecánicos y la, humedad, y también para impedir los arcos con la armazón de la máquina.
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Fig. 90. Inducido de C.C. colocado en una estufa eléctrica para secar el compuesto aislante aplicado a sus devanados.
Tiempo y temperaturas para el secado en horno La tabla 5 da las temperaturas correctas y el tiempo aproximado en horas para secar barnices aislantes. Se observará que cuando se secan inducidos o devanados de estatores completos se necesita más tiempo para los de mayor tamaño. Se observará también que el secado más lento produce un aislamiento más elástico y de mejor calidad. En los casos de emergencia, cuando el tiempo es un factor muy importante, pueden secarse los devanados a temperaturas más altas en muchas menos horas, pero el barniz será algo más quebradizo y más dispuesto a agrietarse cuando se le someta a algún esfuerzo. No debe intentarse nunca secar devanados a temperaturas mucho más altas que las que se dan en la primera columna de esta tabla, pues es probable que se estropee el aislamiento existente en las bobinas. Cuando no es necesario apresurar mucho el trabajo, es preferible efectuar el secado a las temperaturas más bajas y durante los períodos de tiempo más largos indicados en la tabla, pues así se obtendrá un aislamiento mucho más duradero y más seguro.
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TABLA 5 TEMPERATURAS Y TIEMPOS PARA SECAR EN LA ESTUFA LOS AISLAMIENTOS DE DEVANADOS DE DIVERSOS TAMAÑOS Tamaño del inducido o estator Diámetro del núcleo Menos de 15 cm De 15 a 30 cm De 30 a 45 cm De 45 a 60 cm
120º Secado rápido Horas 4a6 12 24 36
107º C Secado elástico Horas 6a8 24 36 48
100º C. Secado extra-elástico Horas 8 a 10 36 48 60 1
Fig. 91. Devanado de un estator sobre el cual se ha depositado una gruesa capa de un
compuesto aislante. Obsérvese cómo el aislamiento de este tipo proporciona una mayor resistencia mecánica y una protección mejor de los devanados Y cómo impediría también la acumulación entre las bobinas de la suciedad, el aceite y la humedad. A las ventajas ya mencionadas para esta clase de aislamiento, hay que añadir que proporciona una superficie más lisa a los devanados y a las bobinas, haciendo que sea mucho más fácil limpiarlas ya sea por medio de una brocha, o de aire comprimido o lavándolas con una mezcla de tetracloruro de carbono y gasolina o alguna otra solución adecuada para quitar la grasa y el aceite. La figura 91 es un devanado de estator revestido con una gruesa capa de un compuesto aislante aplicado por medio de repetidas inmersiones. Obsérvese la protección robusta que este sistema proporciona al devanado. Para sacar un devanado que ha sido tratado de esta manera es necesario calentarlo primero, con el fin de ablandar el compuesto.
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Averías en los devanados de los motores de inducción El mayor número, con mucho, de los defectos que se presentan en los devanados durante el servicio o el funcionamiento se debe a cortos circuitos, circuitos cortados o abiertos y masas o tierras. El agua puede haber penetrado en las bobinas, o bien el aceite procedente de los cojinetes o rodamientos puede haber destruido la calidad del aislamiento. A veces penetran en los devanados polvos y limaduras metálicos que producen cortos circuitos: o bien la carga estática procedente de una máquina impulsada por correa puede producir perforaciones o pequeños agujeros en el aislamiento, que dan como resultado arcos y masas o tierras. Cualquiera de los defectos antes mencionados puede presentarse también después que se ha reparado o rebobinado un motor. Por consiguiente, si una máquina no funciona bien después de rebobinada, es muy probable que se hayan conectado erróneamente algunas bobinas o que exista un corto circuito, un circuito abierto, o una tierra en alguna bobina por haberse hecho el trabajo con descuido en el taller de reparaciones. El promedio de los motores de inducción pequeños no hace ningún ruido cuando funciona bien, e incluso en los motores grandes sólo debe oírse un zumbido uniforme y suave. Este zumbido se debe en gran parte a la vibración de las láminas del núcleo, a las que hacen vibrar ligeramente las inversiones repetidas del campo magnético. Esta vibración estará sincronizada con la frecuencia de la corriente alterna de los devanados. Además de este zumbido, que es inevitable incluso en los motores de mejor calidad, existe también un ruido silbante causado por las aletas ventiladores del rotor, el rozamiento del aire con las partes rotativas, y el aire que pasa por los conductos de ventilación. Este silbido del aire es inofensivo y seguirá oyéndose durante algún tiempo después de interrumpir la corriente y mientras la máquina esté todavía girando. Si un motor es excesivamente ruidoso, es probable que el fenómeno se deba a algún defecto. Un gruñido profundo e intenso suele deberse a alguna avería eléctrica que produce un desequilibrio en el campo magnético de los devanados. Si se siente una conmoción eléctrica cuando se toca la armazón de la maquina, ello es una prueba concreta de que una o varias bobina el devanado hacen masa con el núcleo o la armazón. Esto es muy peligroso con, cualquier voltaje, pero sobre todo con los voltajes superiores a 220 voltios. Una bobina que haga masa en una máquina de 440 voltios puede producir una conmoción muy peligrosa, y ésta es la razón por la cual las armazones de los motores deben conectarse a tierra al instalar las máquinas.
FIG. 92. Devanado trifásico en el cual pueden verse algunos de los defectos más comunes que pueden presentar los devanados de los estatores. Cuando las armazones están conectadas a tierra y hace masa una bobina, salta, por lo general, un fusible, indicando en seguida la presencia de un defecto. 124
La figura 92 es un esquema de un devanado trifásico en el cual se han indicado algunos de los defectos más comunes en esos devanados. Esos defectos han sido numerados y a continuación se da una lista de ellos a fin de que resulte mucho más cómodo localizarlos. 1. Las últimas bobinas del segundo y el cuarto grupo de la fase A tienen tierra. 2. La última bobina del tercer grupo de la fase A está en corto circuito. 3. Los conductores terminales, inicial y f inal, de la primera bobina del segundo grupo de la fase A tienen un corto circuito entre sus puntas. 4. La última bobina del cuarto grupo de la fase B está cortada o abierta. 5. La última bobina del tercer grupo de la f ase C está invertida. 6. El segundo grupo de bobinas de la fase B está invertido. 7. El segundo grupo de bobinas de la fase C y el tercer grupo de bobinas de la fase B tienen conectado un número erróneo de bobinas. 8. Otro defecto conocido con el nombre de fase invertida se presenta cuando los tres comienzos de las fases están espaciados en posición incorrecta. Este defecto no se ha indicado en el esquema. En los párrafos que siguen se describen en detalle los métodos para localizar esos defectos y también el método para corregirlos.
Bobinas con masa o tierra El efecto usual de una bobina de un devanado que tiene tierra es hacer saltar repetidas veces un fusible cuando se cierra el interruptor de línea: Esto sucede en el caso en que la armazón de la máquina y la línea estén conectadas a tierra. Dos o más tierras producirán el mismo resultado y pondrán además fuera de circuito una parte del devanado en la fase en que se produce la tierra. En la figura 93 puede verse el equipo necesario para hacer una prueba rápida y sencilla que permita determinar si está o no presente una tierra en el devanado. Este equipo de prueba consiste en varias pilas secas conectadas m serie con una pequeña lámpara de prueba y un par de conductores terminados con agujas.
FIG. 93. Varias pilas secas en serie con una lámpara de bajo voltaje y un par de conductores provistos de agujas forman un equipo de prueba muy útil para localizar algunas de las averías de los devanados de los motores. En lugar de las pilas secas y de la lámpara de bajo voltaje, podemos emplear dos conductores conectados a tina línea de 110 voltios y con una lámpara de 10 vatios en serie. Para hacer la prueba con este equipo, se toca con uno de los conductores la armazón y con el otro se va tocando sucesivamente cada uno de los conductores de línea procedentes del motor. Por supuesto, debe abrirse el interruptor de línea antes de hacer una prueba de esta índole. Si hay una bobina con una tierra o masa en un punto cualquiera de los devanados, la lámpara lo indicará encendiéndose.
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Para averiguar cuál es la fase que tiene la masa, se prueba cada una de ellas por separado. En un devanado trifásico será necesario deshacer las conexiones en estrella o en triángulo. Una vez que se ha localizado la fase que hace masa, pueden desconectarse las conexiones de grupos de polo de esa fase y probar por separado cada grupo de bobinas. Cuando se toque la armazón con uno de los conductores de prueba y con el otro el grupo de bobinas que hace masa, la lámpara indicará la existencia de este defecto en este grupo encendiéndose. Entonces pueden deshacerse las conexiones de puntas entre las bobinas de este grupo y probar por separado cada bobina hasta localizar la del defecto.
FIG. 94. Puede emplearse también un auricular telefónico en serie con pilas secas y dos conductores para localizar las tierras de alta resistencia de los devanados.
Tierras o masas de alta resistencia A veces la humedad del aislamiento que rodea las bobinas, o un aislamiento viejo y defectuoso, darán lugar a una masa o tierra de alta resistencia difícil de descubrir con una lámpara de prueba. En este caso, podemos emplear un equipo de prueba formado por un auricular telefónico y varias pilas secas conectadas en serie, como se indica en la figura 94. Este equipo de prueba permitirá descubrir cualquier masa o tierra de resistencia muy elevada y a menudo resultará muy eficaz cuando no se haya conseguido localizar la avería con la lámpara ordinaria de pruebas.
Reparaciones en las bobinas con masa Una vez que se ha averiguado cuál es la bobina que hace masa, debe sacarse y volverse a aislar minuciosamente, o bien puede sacarse del circuito, como se indica en la figura 95. A veces no es conveniente parar el motor el tiempo necesario para un rebobinado completo o para reparaciones permanentes. En esos casos, citando se manifiesta la avería, es a mentido necesario hacer una reparación provisional hasta que más adelante pueda ponerse fuera de servicio el motor el tiempo suficiente para rebobinarlo o hacer en él reparaciones permanentes.
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FIG. 95. Método para sacar del circuito una bobina defectuosa poniendo un puente. De esta manera puede repararse rápidamente una máquina y mantenerla en servicio hasta que pueda reemplazarse la bobina defectuosa. El esquema de la figura 95 es un grupo de bobinas formado por las tres de la izquierda. La bobina de la derecha es la primera del grupo siguiente que no aparece completo en este esquema. La bobina 2 tiene un defecto y la reparación provisional será la misma tanto si el defecto es un corto circuito como un circuito abierto o una masa o tierra. Se conecta un puente, hecho con un conductor del mismo grueso que el empleado en las bobinas, entre el conductor terminal inferior de la bobina 1 y el conductor terminal superior de la bobina 3, dejando la bobina 2 completamente fuera del circuito. Después puede cortarse la bobina 2 en la parte de atrás del devanado, como indican las líneas de trazos del esquema. Si la bobina defectuosa hace masa o tierra, debe desconectarse también de las demás bobinas, como se indica en la f igura.
Una o varias vueltas cortocircuitadas Las vueltas cortocircuitadas en las bobinas suelen ser la consecuencia del fallo del aislamiento que recubre los conductores. Esto se produce a menudo porque los conductores están cruzados y se ha aplicado una presión excesiva sobre los conductores al insertar las bobinas en la ranura. Con gran frecuencia, se debe al empleo de una fuerza excesiva al colocar las bobinas en las ranuras. En el caso de los devanados que han estado prestando servicio durante varios años, el defecto en el aislamiento puede deberse a aceite, humedad, etcétera. Si se deja una bobina cortocircuitada en un devanado, se quemará, por lo general, al cabo de poco tiempo, y si no se localiza y repara pronto es probable que produzca una masa o tierra y que se quemen otras bobinas.
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FIG. 96. Forma en que puede utilizarse un vibrador o aullador para inducir corriente en una bobina cortocircuitada e indicar los cortos circuitos por las vibraciones producidas en la lámina de acero que se ve a la derecha. Este es un método muy sencillo y eficaz para localizar los cortos circuitos. Uno de los procedimientos más prácticos para localizar una bobina cortocircuitada es emplear un vibrador o aullador y una delgada lámina de acero, análogo al del método descrito para los inducidos de C.C. La figura 96 es un esquema de vibrador empleado en un estator. Se observará que los polos del vibrador tienen una forma apropiada para adaptarse a la curvatura de los dientes interiores del núcleo del estator. El vibrador debe ponerse en el núcleo como se indica, y la delgada lámina de acero se sitúa a una distancia de su centro igual a la luz o ancho de una bobina. Moviendo después el vibrador
alrededor del hueco central del estator y manteniendo siempre la lámina de acero a la misma distancia de él, pueden probarse todas las bobinas. La figura 97 es una foto de un vibrador empleado para probar un estator de gran tamaño, La lámina de acero se mantiene sobre la ranura a la distancia adecuada del vibrador, teniendo en cuenta el tamaño de las bobinas, o sea, el ancho de ellas empleado en este caso. Si alguna de las bobinas tiene una o varias vueltas cortocircuitadas, la lámina de acero vibrará con gran rapidez y producirá un zumbido intenso. Localizando las dos ranuras sobre las cuales vibra la lámina de acero, podemos hallar los dos lados o costados de la bobina cortocircuitada. Si la lámina de acero vibra en más de dos ranuras, deben marcarse todas y deben sacarse todas las bobinas cortocircuitadas y reemplazarlas por otras nuevas, o separarlas del circuito por medio de un puente, como se ha descrito antes.
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Fig. 97. Vibrador utilizado en un estator grande. Obsérvese el tamaño de esas bobinas y. la posición de la lámina de acero que está exactamente a la distancia del ancho de una bobina del centro del vibrador.
Grupos de bobinas cortocircuitadas A veces se produce el corto circuito, en una bobina o un grupo completo de bobinas, en las conexiones de sus puntas. La prueba para descubrir este defecto es idéntica a la empleada para descubrir una bobina cortocircuitada. Si todas las bobinas del grupo están cortocircuitadas, el defecto se revelará, por lo general, por vibrar la lámina de acero al ponerla sobre varias ranuras consecutivas, correspondientes al número de bobinas del grupo. Deben examinarse minuciosamente las conexiones de las puntas de las bobinas y mientras se hace la prueba deben moverse las que parezca que tienen un aislamiento defectuoso. A menudo se hallará que cuando se mueven las conexiones de puntas en corto circuito durante la prueba, cesará la vibración de la lámina de acero. Si se vuelven a aislar bien esas puntas se eliminará la avería.
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Bobinas cortadas o abiertas Cuando una o varias bobinas quedan abiertas por producirse una rotura en sus vueltas o por una mala conexión de sus puntas, pueden probarse con tina lámpara y una pila seca, como se explicó anteriormente. Si se hace esta prueba en los extremos de cada devanado, puede descubrirse un circuito abierto por no encenderse la lámpara. En ese caso, debe quitarse el aislamiento de las conexiones de los grupos de polo y probarse cada grupo por separado. Después de localizar el grupo de bobinas que está abierto, se quita la cinta entre las de ese grupo y se prueba cada bobina por separado. Para esta prueba no se desconectan empalmes ni conexiones. En muchos casos, los circuitos abiertos estarán en los extremos o puntas de las bobinas, debido a tina conexión floja o a un conductor roto. Si la avería se encuentra en un punto de éstos, suele poderse localizar por tina observación y una comprobación minuciosa. Si la avería consiste en una conexión floja de las puntas, puede repararse volviendo a soldar los empalmes: pero si está dentro de la bobina, se reemplaza o se pone un puente alrededor de ella (figura 95), hasta que pueda hacerse una reparación mejor.
Conexiones invertidas Las bobinas invertidas hacen que la corriente circule por ellas en una dirección contraria. Este defecto suele manifestarse, copio la mayoría de las irregularidades en las conexiones de los devanados, por una perturbación del circuito magnético, que produce ruidos o vibraciones anormales. El defecto puede localizarse utilizando una aguja magnética y alguna fuente de bajo voltaje de corriente continua. Este voltaje debe, ajustarse de modo que envíe a través del devanado una corriente aproximadamente igual a una cuarta o una sexta parte de la corriente de plena carga; y los conductores de C.C. deben ponerse tocando el inicial y el final de una fase. Si el devanado es trifásico y está conectado en estrella, estos puntos serán el inicial de una fase y el centro de la estrella. Si el devanado está conectado en triángulo, hay que desconectar éste y probar por separado cada fase. A este fin, se pone una aguja imantada sobre la parte interior del estator y se prueba cada grupo de bobinas de esa fase. Si la fase está conectada correctamente, la aguja invertirá su posición de una manera definida al moverla desde un grupo hasta el otro. Sin embargo, si está invertida alguna bobina, de un grupo, ésta creará un campo magnético de sentido opuesto al de las demás, produciendo así un efecto neutralizador que indicará la aguja magnética negándose a apuntar concretamente hacia ese grupo. Si sólo hay dos bobinas en cada grupo, no se producirá ninguna indicación si una de ellas está invertida, ya que ese grupo quedará completamente neutralizado.
Grupos de bobinas invertidas Cuando está invertido un grupo completo de bobinas, el defecto hace que la corriente circule en todo el grupo en un sentido contrario. La prueba para descubrir este defecto es idéntica a la indicada para las bobinas invertidas. Debe excitarse el devanado con corriente continua, y cuando se pasa la aguja imantada alrededor de los grupos de bobinas debe indicar alternativamente N. S. N. S., etc. Si uno de los grupos está invertido, tres grupos consecutivos serán de la misma polaridad. El remedio para los grupos de bobinas invertidos o las bobinas invertidas es realizar una comprobación visual de las conexiones de esa parte del devanado, localizar la conexión equivocada y corregirla. Cuando está conectado en dos o más grupos un número equivocado de bobinas, puede localizarse el defecto contando el número de puntas de cada grupo. Si se encuentra algún error debe remediarse rehaciendo las conexiones.
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Fase invertida A veces se invierte una fase completa en un devanado trifásico, tomando en orden equivocado los comienzos de las bobinas o conectando uno de los devanados en una relación errónea con respecto a los demás al hacer las conexiones en estrella o en triángulo. Si el devanado está conectado en triángulo, se desconecta uno cualquiera de los puntos en que se unen las fases, y se pasa la corriente por los tres devanados en serie. Se pone una aguja imantada dentro del estator y se prueba cada grupo de bobinas dando con lentitud a la aguja una vuelta completa alrededor del estator. Las inversiones de la aguja al dar con ella una vuelta alrededor del estator deben ser iguales a tres veces el número de polos del devanado.
Para probar un devanado conectado en estrella se unen los tres principios de los devanados y se ponen sobre un conductor de C.C. Después se conecta el otro conductor de C.C. al punto central de la estrella, haciendo así pasar la corriente por los tres devanados en paralelo. Luego se hace la prueba con la aguja imantada como se explicó para el devanado en triángulo. El resultado debe ser el mismo, esto es, que el número de inversiones de la aguja imantada en una vuelta alrededor del estator debe ser igual a tres veces el de polos del devanado. Esas pruebas para ver si hay fases invertidas sólo son aplicables a los devanados de paso total. Si el devanado es de paso fraccionario, debe hacerse una inspección visual para averiguar si existe alguna fase invertida o algún error al hacer las conexiones en estrella o triángulo.
Prueba de los motores de fase partida Si un motor de fase partida o dividida no arranca cuando se cierra el interruptor de línea, la dificultad puede deberse a alguno de los defectos siguientes: 1. Cojinetes o rodamientos agarrotados. 2. Cojinetes o rodamientos desgastados que permiten al rotor rozar contra el estator. 3. Eje del rotor encorvado. 4. Un cojinete, o los dos, desalineado. 5. Circuito abierto en el devanado de arranque o en el de marcha. 6. Interruptor centrífugo defectuoso. 7. Conexiones invertidas en uno u otro de los devanados. 8. Alguna masa o tierra en uno de los devanados o en ambos. 9. Cortos circuitos entre los dos devanados.
Cojinetes o rodamientos agarrotados o desgastados Los cojinetes agarrotados pueden deberse a una falla en el sistema de lubricación; o bien, cuando se instalan cojinetes nuevos, pueden calentarse si no se mantiene el eje bien lubricado. Si los cojinetes están desgastados hasta el extremo de dejar que el rotor roce con el estator, esto impedirá por lo general que el rotor arranque. La parte interior de las láminas del estator estará brillante y desgastada en el punto en que toca con el rotor. Cuando sucede esto, el defecto puede, por lo general, descubrirse fácilmente revisando la superficie del estator y la del rotor después de sacar este último.
Eje encorvado y cojinetes o rodamientos desalineados Un eje de rotor encorvado hará por lo general que el rotor se trabe cuando se encuentre en una posición determinada y que después gire libremente hasta que llegue otra vez a la misma posición. Puede hacerse una prueba para ver si el eje está encorvado, colocando el rotor entre los puntos de un torno y haciéndole girar lentamente mientras se mantiene una herramienta o una punta de marcar en el portaherramientas y cerca de la superficie del rotor. Si se ve que éste oscila, esto es, que su superficie se acerca y se aleja a la
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punta de marcar, ello es una indicación de que el eje no está completamente recto. La desalineación de los cojinetes suele deberse a que no se han apretado por igual las tapas del costado del motor. Cuando se ponen las tapas del motor, los pernos deben apretarse alternativamente, haciéndolo primero con dos pernos diametralmente opuestos. Estos dos pernos sólo deben apretarse unas cuantas vueltas y después, se dará el mismo número de vueltas a todos los demás pernos. Cuando las tapas se han apretado todo lo que es posible con los pernos, deben golpearse fuertemente contra la armazón con un mazo de madera y después han de volverse a apretar los pernos.
Circuitos abiertos e interruptores centrífugos defectuosos Los circuitos abiertos en el devanado de arranque o en el de marcha harán que el motor no arranque. Este defecto puede descubrirse probando con una lámpara el principio y el final de cada devanado. Un interruptor centrífugo defectuoso ocasionará a menudo considerables trastornos difíciles de localizar, a menos que se sepa dónde hay que buscar las averías. Si dicho interruptor no se cierra cuando el rotor se para, el motor no arrancará al cerrar el interruptor de línea. La falla del cierre del interruptor suele deberse, por lo general, a la acumulación en su mecanismo de polvo, suciedad, o alguna otra materia extraña; o bien al debilitamiento de los resortes del citado interruptor. Este debe limpiarse minuciosamente con gasolina y comprobar después si tiene algún resorte roto o debilitado. Si el devanado está en el rotor, es frecuente que las escobillas se peguen a los portaescobillas y no hagan buen contacto con los anillos deslizantes. Esto dará lugar a fuertes chispas en las escobillas. Es probable que exista también algún punto en el cual el rotor no arrancará hasta que se haya desplazado lo suficiente para que la escobilla haga contacto con el anillo. Deben limpiarse los porta-escobillas y ajustar bien las escobillas de modo que se muevan libremente con un mínimo de rozamiento entre la escobilla y el porta-escobilla. Si un interruptor centrífugo no se abre cuando se pone en marcha el motor, es probable que éste produzca un zumbido más o menos intenso y continúe girando lentamente, y, si no se desconecta rápidamente de la línea abriendo el interruptor de ésta o por fundirse el fusible, se quemará el devanado de arranque. Este fenómeno es probable que se deba también a la suciedad o a la grasa endurecida acumulada en el interruptor.
Conexiones invertidas y masas o tierras Las conexiones invertidas se deben a la unión incorrecta de una bobina o un grupo de bobinas. Pueden hallarse las conexiones que están incorrectas, y corregirlas, haciendo una inspección minuciosa de todas ellas y. rehaciendo las que estén mal hechas. Puede emplearse también la prueba con C.C. y una aguja imantada para localizar las bobinas invertidas. A este fin pueden probarse por separado el devanado de arranque y el de marcha, excitando solamente un devanado cada vez. La aguja imantada debe indicar polos alternados alrededor del devanado. El funcionamiento de un motor que tiene una masa o tierra en los devanados dependerá de donde esté la masa y de si la armazón está o no conectada a tierra. Si está conectada a tierra, cuando se produzca la masa en el devanado hará saltar, por lo general, un fusible. Puede hacerse una prueba para ver si hay masas con una lámpara de prueba y pilas secas o bien con una lámpara de 110 voltios y dos conductores. Debe ponerse uno de los conductores tocando la armazón y el otro en contacto con un conductor terminal del devanado. Si no existe ninguna masa, la lámpara no se encenderá. Si se enciende, ello indica una masa debida a un defecto en algún punto del aislamiento.
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Cortos circuitos Los cortos circuitos entre los dos devanados pueden descubrirse también por medio de la lámpara de prueba. Se toca con uno de los conductores de prueba uno de los del devanado de arranque, y con el otro, un conductor del de marcha. Si estos devanados están bien aislados entre sí, la lámpara no debe encenderse. Si se enciende, ello es una indicación segura de que existe un corto circuito entre ellos. Un corto circuito entre los devanados hará, por lo general, que se queme una parte del arranque. El devanado de arranque está siempre bobinado sobre la parte de encima del de marcha; por consiguiente, si se quema a consecuencia de un defecto en el interruptor centrífugo o de un corto circuito, puede sacarse fácilmente y reemplazarse sin perturbar el de marcha. Los motores monofásicos se rebobinan con gran facilidad y en muchas localidades hay que rebobinar o reparar cada año un gran número de ellos. En muchos de ellos sólo se deben limpiar y ajustar los interruptores centrífugos, o bien poner a éstos resortes nuevos. Otros sólo tienen alguna conexión floja o con una masa o tierra que puede repararse rápidamente. Muchos estudiantes, o incluso graduados, se establecen por su cuenta y ganan mucho dinero en sus ratos perdidos reparando pequeños motores de ventiladores, máquinas lavadoras, etc. Muchos realizan este trabajo en el sótano o el garaje de su casa con unos cuantos kilos de conductor y un poco de material aislante. Con frecuencia pueden obtenerse motores viejos, tanto de tamaño pequeño como grande, que los dueños pensaban descartar porque no sabían que podían rebobinarse o no conocían a nadie que supiera hacerlo. Esos casos presentan espléndidas oportunidades para obtener alguna experiencia adicional y empezar a especializarse en esta clase de trabajo. Sea como fuere, permítanos el lector volver a insistir en la importancia que tiene aplicar las instrucciones contenidas en estas lecciones y mantenerse familiarizado con ellas consultándolas a menudo cuando se presente alguna duda o algún problema de esta índole. Es probable que el lector encuentre, cuando menos lo espere, que los conocimientos adquiridos sobre devanado, conexiones y prueba de los inducidos le resulten útiles en algún trabajo. El lector deberá recibir bien cualquier oportunidad que se le presente para adquirir experiencia adicional de esta índole, y si trabaja bien y utiliza a menudo estas lecciones podrá realizar con éxito labores muy lucrativas de devanado o prueba de inducidos.
Especificaciones para los vibradores Las láminas utilizadas para hacer transformadores pequeños pueden emplearse para construir un vibrador con el que probar inducidos y estatores. La figura 98 indica cómo pueden recortarse las láminas y disponerse para construir dicho vibrador. Después que se han recortado las láminas como indican, las líneas de trazos, se apilan como puede verse en la figura 98B, en forma de la letra H. Se coloca cada trozo en forma de T, en el centro, sobre el banco de trabajo y luego se pone a tope contra su barra del centro el trozo en forma de I, como se indica en la figura. Las láminas siguientes se invierten para alternar las juntas. Esto es, que si el trozo en forma de I está a la derecha en la primera capa, debe estar a la izquierda en la capa siguiente, y así sucesivamente. Se continúan apilando las láminas alternativamente, primero sobre un lado y después sobre el otro, hasta obtener una altura aproximada de 2,5 cm. Las láminas tienen que sujetarse con pernos o bien por medio de un cepo o mordaza, como puede verse en C de la figura 98. Pueden utilizarse para hacer la mordaza dos trozos de fibra o madera de tinos 7,5 cm de largo con un agujero en cada extremo. Después que se ha ensamblado el núcleo debe aislarse minuciosamente. La parte del núcleo que estará en contacto con el conductor debe cubrirse con una capa de tela 133
barnizada o papel aceitado. La tela barnizada puede arrollarse alrededor del núcleo y sobre las tiras o trozos de fibra. El devanado de C.A. y 110 voltios, formado con un conductor S.C.E. NQ 34, debe bobinarse sobre la parte central del núcleo, como se indica en la figura 98C. Deben disponerse sobre la mordaza de fibra los terminales que permitan unir a ellos los extremos de la bobina o bien pueden utilizarse como terminales los dos pernos de sujeción de la mordaza, como puede verse en el dibujo. La bobina debe devanarse con unas 2.000 vueltas del alambre o conductor Nº 34. Se necesitarán aproximadamente 57 gramos de alambre. Después que se ha terminado la bobina, puede sumergirse en barniz aislante, o, si no se dispone de barniz, debe envolverse con c inta para protegerla. Este pequeño vibrador puede resultar muy útil para hacer pruebas en inducidos o estatores pequeños y de tamaño medio.
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FIG. 98. Esta figura muestra cómo puede construirse un vibrador con láminas en forma de E é I para transformadores. Las partes sombreadas marcadas 1 son las que se cortan primero y después se recortan las esquinas sombreadas y marcadas 2. La figura 99 contiene datos completos para la construcción de un vibrador, que resultará muy útil en los talleres grandes en los que se prueban un gran número de inducidos. La figura 100 da los datos completos para construir un vibrador con láminas de 3 1/2" X 4 1/4" (88,9 X 114,3 mm). Las láminas se apilan unas sobre otras hasta una altura aproximada de 1” (2,5 cm). Después se unen por medio de un listón de madera a cada lado de ambos costados, sujetas por dos pernos de ¼” X 2 1/4" (6,3 X 57,2 mm). Los cuatro trozos de madera pueden cortarse de listones de 3 1/4" (8,3 cm) de largo por 1” (2,5 cm) 1 de ancho y 1/2" (1,3 cm) de grueso. Los dos soportes que sirven de base tienen 5" (12,7 cm) de largo por 1 1/4" (3,2 cm) de ancho y 1” (2,5 cm) de grosor. Los soportes que sirven de base se sujetan a los listones perpendiculares de madera por medio de tirafondos insertados por la parte inferior.
Fig. 99. Especificaciones para un vibrador o probador de inducidos. 1. Inducidos. 2. Escala de amperios. 3. Amperímetro cuya lectura total es 2,5 Amp. 4. Reóstato de 5 ohmios. 5. 11 Kg. de hierro en láminas. 6., Estas dos bobinas contienen 250 vueltas cada una de alambre S.C.E. del Nº 17 y están aisladas una de otra por dos capas de papel de pescado y otras dos de tela Empire. Pueden devanarse una sobre la otra o bien en dos secciones, como está indicado. 7. Interruptor bipolar, de dos direcciones, empleado para conectar en serie o en paralelo con objeto de obtener campos magnéticos de diferentes intensidades. S. C.A. de 110 voltios y 60 períodos.
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Todas las partes del núcleo de hierro que se pondrán en contacto con la bobina deben recubrirse por completo de tela barnizada o de algún otro aislamiento de buena calidad. La bobina debe arrollarse alrededor de la rama central del núcleo, como se indica en la figura 100. Se necesitarán para la bobina aproximadamente 57 gramos de alambre S.C.E, del Nº 31. Pueden montarse sobre los listones que, sirven de base 2 bornes para sujetar los extremos de la bobina y hacer 1,li conexlión con la línea de C.A. de 110 voltios.
FIG. 100. Vibrador de tamaño medio para probar inducidos.
PREGUNTAS DE IENAMEN 1. Indíquense dos ventajas que presenta el empleo de barniz aislante en los devanados de inducidos. 2. a) Cítense tres métodos que pueden emplearse para aplicar el barniz aislante. b) ¿Qué método se considera el mejor? 3. ¿Por qué es necesaria una buena ventilación cuando se secan inducidos en un horno? 4. ¿Cuántas horas se necesitarían para secar un inducido de 16 pulgadas (406 mm) en un horno con una temperatura de 107º C.?
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