Devanados de armadura
El devanado de armadura es el corazón de la maquina de corriente continua, allí se origina la potencia eléctrica, en el generador o se desarrolla el par, en el motor. La corriente va y viene del devanado de armadura a través t ravés de las escobillas-contactos escobillas-contactos móviles, es aquí, por lo tanto, que pueden pueden producirse arcos eléctricos eléctricos y chispas chispas que originan el el funcionamiento funcionamiento defectuoso defectuoso de la maquina. A diferencia del devanado de excitación en derivación en el cual la corriente continua es del orden de 2 a 10 % del valor de la corriente nominal o a plena carga de la armadura es comparativamente elevada y siempre de carácter alternado. Además, como la armadura generalmente gira con velocidad relativamente para que el funcionamiento funcionamiento sea suave y sin vibraciones. Tipos de devanados de armadura
Los dos tipos de devanados de armadura utilizados en las maquinas modernas de corriente continua se llaman IMBRICADOS Y ONDULADOS , pueden ser diferenciados de dos modos generales: 1.-Desde el punto de vista constructivo, difieren solamente en el modo en que los extremos del bobinado están conectados a las barras del colector (conmutador) ó delgas. El devanado ondulado sus extremos se conectan a 360° eléctricos 2.-Desde el punto de vista del circuito eléctrico difieren en la cantidad de ramas en paralelo existentes entre escobillas positiva y negativa.
Los devanados mas sencillos se llaman : Simples: imbricados simples y ondulado simples, duplex, triples, cuádruples. Los devanados imbricados simples tienen tantas ramas en paralelo como polos principales; los devanados ondulados simples tienen dos ramas en paralelo cualquiera que sea el número de polos. El grado de multiplicidad de un devanado múltiple indica el número relativo de ramas en paralelo con respecto al número en un devanado simple. Por lo tanto t anto designamos designamos la multiplicidad de un devanado con la terminación ple, se tiene: 1.-El numero de ramas en paralelo en un devanado imbricado es P x ple. (a= m x P). 2.-El numero de ramas en paralelo en un devanado ondulado es 2 x ple, siendo P es el numero de polos principales de la máquina . (a = 2 x P)
Construcción de las bobinas
Las bobinas individuales de todos los devanados de armadura de corriente continua están proyectados de modo que una vez ubicados en las ranuras del núcleo magnético, forman dos capas de costados de bobina o conductores activos, una sobre otra , por este motivo se le denomina devanados de doble capa En la practica se hacen las bobinas en “forma de diamantes”, por medio de maquinas conformadoras especiales.
Los codos posterior y anterior se realizan de modo que uno de los costados o lados de la bobina se encuentra, sobre circulo a mayor nivel que el otro, esto tiene por objeto que el lado más alto pueda ocupar el tope de una ranura y el lado más bajo, el fondo de otra. Las bobinas para devanados imbricados u ondulados se forman idénticamente, la única diferencia entre ellos es la manera en que se ubican los extremos del bobinado. En bobinas imbricados, generalmente los extremos emergen a media distancia entre los lados, de modo que puedan ser conectados fácilmente a delgas consecutivas del colector, en las bobinas onduladas, en cambio, los extremos salen a continuación de los lados , de modo que puedan ser fácilmente conectados a delgas del colector separados alrededor de 360° grados eléctricos, (un polo abarca 180 grados eléctricos, 2 polos abarca 360 grados eléctricos) (° mecánicos (# P / 2) = grados eléctricos) con estos simples diferencias de construcción, resulta claro que: 1-Un devanado imbricado tiene los extremos de bobinas conectadas a delgas próximas entre si – adyacentes en devanados imbricados simples. 2-Un devanado ondulada tiene los extremos de bobinas conectadas a delgas separadamente ampliamente entre si, aproximadamente 360° grados eléctricos
Paso del devanado
Las dos características importantes de una bobina para devanados de corriente continua son: 1.- El paso de devanado ó paso polar , se refiere a la distancia entre los dos lados de las bobinas individuales, medido en función de las ranuras, queda determinado exactamente del mismo modo para todos los devanados, sean imbricados, ondulados, simples ó múltiples, generadores, motores. La regla fundamental que fije el paso del devanado en cualquier maquina es: La distancia entre los lados de una bobina debe ser igual ó casi igual a la distancia entre dos polos adyacentes. 1-1- En un generador, la tensión debe dirigirse hacia “atrás” en un lado de una bobina en el mismo instante en que se dirige hacia adelante en el otro lado, para que las dos tensiones se sumen; esto solo puede significar que si un lado de bobina esta frente a l centro de un polo norte, el otro lado de la misma bobina debe estar próximo al centro de un polo sur adyacente (distancia aproximada de 180 ° grados eléctricos).
1-2- En un motor, la fuerza ejercida sobre un lado de una bobina que conduce corriente dirigida hacia “atrás”, debe actuar exactamente en el mismo sentido que la fuerza ejercida sobre el otro lado de bobina que conduce corriente dirigida hacia delante, esto solamente puede ocurrir si un l ado de la bobina esta frente al centro de un polo norte en el mismo instante que el otro lado esta próximo al centro de un polo sur, o sea a una distancia cercana a 180 grados eléctricos.
La regla precedente puede resumirse en una ecuación:
YS = S/ P
± K
De donde: YS = Paso de la bobina en ranuras S= Numero total de ranuras de la armadura P= numero de polos principales K = parte que se resta de S/P para que Y S sea entero Ejemplo: Calcular los pasos del devanado e indicar el numero de ranuras para los primeros elementos del devando, para devanados con las siguientes combinaciones de ranuras y polos.
a) S= 54,P=4 b) S=62,P=4 c) S=66,P=6 , d)S=141,P=6 e)S=132,P=8 , f) S=180 ,P=10
Paso del colector
2-El paso del colector se refiere a la distancia entre los extremos de un elemento de bobina, medido en cantidad de delgas sobre el colector, su valor queda determinado en forma diferente para devanados imbricados y ondulados. 2-1-Paso del colector para devanados imbricados.
Designamos el paso del colector con YC (YK ) su valor es meramente igual al grado de multiplicidad – PLE- de un devanado imbricado.Asi, YC es igual a 1, 2, 3,4 etc. Para devanados imbricados simples, duplex, triplex y cuádruplex, etc. Respectivamente. Estos números indican que los extremos de las bobinas están unidas a las delgas: 1y2, 1y3, 1y4, 1y5, etc. Para valores de YC iguales a 1, 2, 3,4 respectivamente. YC = ± m
Donde: YC es el paso del colector m = es la multiplicidad
2-2-Paso del colector para devanados ondulados.
Como se ha especificado anteriormente, los extremos de cada elemento de bobina de un devanado ondulado son curvado hacia fuera y conectado a delgas del colector separados aproximadamente por 360 grados eléctricos. Debe interpretarse literalmente la palabra “aproximadamente” porque es imposible un devanado ondulado con un paso de colector exactamente igual a 360grados eléctricos. Para comprender esta afirmación, considérese las siguientes propiedades de los devanados ondulados simples:
a- Comenzando en la delga uno, debe poder trazarse el devanado completo, de delga a lado de bobina, a delga, a lado de bobina, etc. antes de que el devanado se cierre sobre si mismo. b- Si los extremos de los elementos de bobinas se conectan a delgas separadamente exactamente de 360 grados eléctricos, cada conjunto de P/2 elementos de bobina constituirá un circuito completouna entroncia-( ¿ ¿ ) porque existen 360 grados eléctricos en cada tramo circular de P/2 polos. c- Por lo tanto, en las condiciones del párrafo precedente, el numero de entroncias será igual, no ya a uno sino al cociente de delgas / pares de polos. d- Además, ya que todos los sistemas alternados de escobillas están separadamente exactamente de 360 grados eléctricos, y están conectados entre si, siempre corto circuitaran por lo menos P/2 elementos de bobina según sean las anchuras de las escobillas. Para que un devanado ondulado simple tenga un grado de entroncia , el número de delgas del colector debe elegirse en relación con el número de pares de polos, de modo que el paso del colector resulte con un valor equivalente a un tramo circular ligeramente mayor ó menor que 360 grados eléctricos. El valor YC, en efecto, debe ser tal que después de recorrer una vez el colector con el devanado, el extremo del ultimo elemento de bobina debe encontrarse, una delga atrás o una delga adelantada de la delga inicial, luego en estas condiciones, sucesivas recorridos del colector harán que la delga de llegada continué retrasándose ó adelantándose de una unidad cada vez, hasta que el devanado completo se cierre sobre sobre la delga inicial. YC = K ± m P/2
Donde: YC es el paso del colector K es el número de delgas P es el n úmero de polos m es la multiplicidad
Ramas en paralelo Se ha indicado que los devanados ondulados e imbricados simplex difieren entre si en el numero de ramas en paralelo a través de los cuales circula corriente, los devanados imbricados simplex poseen tantas ramas en paralelo como polos, mientras que los devanados ondulados simplex poseen dos ramas , cualquiera que sea el numero de polos. Las maquinas con devanados ondulados funcionan más satisfactoriamente que los imbricados, por tener mejor conmutación, pero si embargo su uso queda restringido a corrientes totales a unos 500 A. Para una buena conmutación, se ha encontrado prácticamente necesario limitar la corriente a unos 250 A. por rama. Para corrientes mayores debe recurrirse al devanado imbricado, porque la corriente en cada rama es fácil de encuadrar en regímenes aceptables. Por otra parte, en tales casos, es necesario instalar conexiones equipotenciales que no son requeridos por los devanados ondulados y que tienen por objeto eliminar corrientes circulatorias nocivas.
Conexiones equipotenciales Las tensiones generadas en las diversas ramas de la armadura imbricados, sólo por excepción son idénticas. En las maquinas practicas esta situación proviene de que los entrehierros frente a todos los polos no son siempre iguales, debido a diferencias constructivas y a desigualdades en las reluctancias de los circuitos magnéticos. Como consecuencia de estas diferencias de tensiones, circulan corrientes dentro del devanado de la armadura y tienden a elevar su temperatura bastante más de lo que corresponde a la corriente nominal ó a plena carga. Estas corrientes inconvenientes pasan por los contactos de las escobillas cuando circulan de una a otra rama, lo que produce una cantidad indebida de chispas en el colector, en el caso de cargas grandes y delgas desgastadas, puede producirse un arco eléctrico continuo entre escobillas positiva y negativa, lo que significa un corto circuito. Para comprender porque las distribuciones del flujo no son uniformes, en los diversos circuitos magnéticos, producen corrientes circulantes en los devanados imbricados (no en los ondulados), es necesario reconocer dos hechos importantes: 1- Los conductores de cada rama de un devanado imbricado están situados frente a dos polos adyacentes solamente y esto significa que la tensión generada en cada rama estará principalmente determinada por las distribuciones de flujo magnético dados. 2- Los conductores de cada rama de un devanado ondulado están situados frente a todos los polos simultáneamente, de modo que las variaciones de distribución del flujo magnético afectan análogamente a ambas ramas.
3- Para corregir los efectos inconvenientes de las corrientes circulantes, se acostumbra utilizar conexiones igualadoras ó equipotenciales en t odas las armaduras imbricadas. 4- Se realizan con conductores de cobre de muy baja resistencia eléctrica., que interconectan puntos del devanado de armadura separados entre si exactamente a 360 grados eléctricos, en condiciones ideales, estos puntos estarían siempre en el mismo potencial, pero esto no sucede debido a las diferencias eléctricas, magnéticas y mecánicas. Estas conexiones equipotenciales cumplen con dos funciones importantes:
5- Eliminan las corrientes circulantes en las escobillas, suministrando caminos de baja resistencia que derivan los contactos de las escobillas. 6- Crean efectos electromagnéticos que tienden a igualar la distribución de flujo magnético frente a todos los polos reforzando las más débiles y debilitando las más fuertes. 7- Cuando se instalan conexiones equipotenciales en armaduras imbricadas, el numero de elementos de bobina debe ser múltiple del numero del numero de pares de polos (P/2), esto es necesario por ser el único modo de obtener puntos exactos a 360 grados eléctricos en la armadura.
CARCTERISTICAS DE LOS DEVANADOS: Imbricados, Ondulados y Anca de rana 1-Las características del devanado imbricado son las siguientes: Se usan en maquinas donde se requiere: Bajo Voltaje y Altas Corrientes (la expresión de alto voltaje es de 700, 900,1000) 2- Las características del ondulado son las siguientes: Se usan en maquinas donde se requiere: Alto voltaje y Bajas corrientes 3-Las características del devanado Anca de rana, es una combinación del devanado imbricado y ondulado. Este devanado tiene las ventajas de los anteriores: Imbricado:
1-Se puede incrementar el número de ramas de paralelo en base de la multiplicidad del devanado que se diseñe. 2-Como consecuencia de uno se puede incrementar la demanda de corriente de la maquina (altas corrientes). Ondulado:
1-No origina corrientes circulantes 2-Sirve para altos voltajes y bajas corriente.
