ntenl d m quin ~Iéctric REPRESENTANTE Ángeles Castro 6 30 88 9308 ange
[email protected] raw-hi ll.eom
Juan jiménez
Sumario Unidad 1 Introducción 01 taller de máquinas eléctricas 1. 1. Introduccién ....... .. .
1.2. Mantenimiento ................ . ... .. . 1.3. Equipamiento ............................. . 1.4. Entrenador poro ensayo de máquinas eléclrico~ ... . 1.5. Máquinas, herramientos y elementos poro boblnor .
~:~: ~:s'~Oois¡~~i~~;;s:::
.... ....... ,..... .
4.5. Rendimiento del transformador A.6. Refrigeración ............. .... . . . .
7 7 7 11 12 13
15 1.8. Normas de "9"idod .... . .. . . ..... . . ........ . 21 21 Conceplo:s básicos .. . .... . . . ......• . . .. . Actividades .. . ..
. . .. . .......... . ...... .
Unidad 2 Transformadores. Clasificación y constitución 2.1. De~nic¡ón y función de los transformadores ...... .. . 2.2. Principio de funcionamiento de los transformadores ... . 2.'3.. Tipos de transformadores. ClosiRcoción ........... . 2.4. ConstnK:ción mcl9né~co de los transformadores .... . 2.5. Transformador trifásico ... ... ........ ... .... . 2.6. Transformodores de medidos. . . . . . ... ... ... . 2.7. Transformadores espedoles ..... .. ..... . 2.8. Transformadores de polencio ........... . 2.9. Tronsformodores de pequeño potencio ............ . 2.1O. AutotronsformaOOres....... ....... . 2.11. Simbología de los transformadores. . . .. . ........ . Conceptos básicos . ............ ... ..... . Ac~vidodes ............ .. ...... ... ... .
22
25 25
26
2,
30
33 35 35
36 39 40 40 41
Unidad 3 Transformadores monofásicos de pequeña potencia 3.1. Sistema de unidades de medido . . . . . . . . ....... . 3.2. Proceso de cálculo teórico de un transformador .... . 3.3. Cálculo de un transformador de pequeño potencia por ábacos ...... .. .......... ... ........ .. . 3.4. Normas de ~uridad en eltoller ... . Conceptos básicos .................. . . . .... . Ábacos ... . .... . .............. . .... .. ... . . . . Actividades .. .. . . . . . . ...... . . . . ..... . . . . . . . . .... .
-
Unidad 4 Ensayo de transformadores 4.1. Transformador en vacío . . . . .... . . . . .. •. ..... 4.2. Ensayo en vado. . . . . . . . . . .. . . .•. • .. .. . . 4.3. Transformador en cortocirC\Jito .. ... . . . . . 4.4. Ensayo en cortocircuito. . ...... .•.•.
45 45 55
56 57 58 61
65 68 70 72
A.7. N!edido de temperatura ..... ........ . .................. . 4.9. Medido de rigidez dieléctrico .... ........ . A. 10. Acoplamiento en poro lelo de transformadores mooo!ásicos . .. . . . . . . . . . . . . . . .. ... .... . . 4. 11 . Normas de !>eguridod en el taller de ensayos .. . .... . Conceptos básicos ................... . ..... .. . Actividodes ............................. . .. . A.8. Medida de aislamiento
Unidad 5 Bobinados de máquinas de comente continua 5.1. Introducción o las máquinas de corriente continua (CC). 5.2. Análisis del circuito induclar de las máquinas de corriente continuo ....................... . 5.3. Excitación de las máquinas de corriente continuo . 5.4. Análisis del circuito inducido de una máquina de corriente continuo .. . . . ...... . ...... . ~.5. Elementos rela~vos a 105 bobinados del rotor ...... .
5.6. Condiciones del bobinado inducido . ....... .. . .
73 73 7A
75 75 76 76 76 77
81 81
84
86
87 88
5.7. Clasificación y carocterísticas de las bobinados imbricados simples ....... . .... . . .. . ..... .... . 90 5.8. Aplicación de los bobinados múltiples. Característicos. 92 5.9. Análisis del proceso de cálcula de un bobinado 92 imbricado ......... .. .. .. . ...... . 5.1O. Di~ilo de un bobinado imbricado simple .. 93 '5.11. Clasificación y caracteristicas de los bobinados ooduladosserie ..... , .. "., ... , ..... , ", ... . 96 5.12. Bobinados ondulados múltiples o se:Mrolelas ..... . 98 5.13. Proceso de cákulo de un bobinado ulada en serie. , 98 5.14. Diseño del esquema de un bobinado en serie. 99 Conceptos básicos ...... , ..... . ... . 102 Actividades ..... . .......... ... . 103 Unidad 6 Mantenimiento de máquinas de corriente continua 6.1 . Programas de mantenimiento preventivo de máquinas de corriente continuo ... , .......... . . 6.2. Procesos y elementos del mantenimiento preventivo . . . 6.3. Análisis seaJencial del mantenimiento preventivo.. .. . 6.4. Pruebas poro la localización de averíos. Sistemas de reparación ....... . . . ........ . ... . . 6.5. Procedimiento paro la reposición del bobinado inducido 6.6. Normas de seguridad en el mantenimiento de máquinas Conceptos básicos .,.......... . .... ..... . Actividades ...... , .. ........ . ........... .
107 107 111 113
119 124 12A 125
Unidad 7
Ensayo de máquinos de comente continua 7.1. Generadores de Ce. TifXls y dosificación 129 por su excitación ...................... . 7.2. Generodor de excitación independienle-7 ........ . 129 7.3. Generodor ou!oexcitodo .................... . 130 J.4. Curvos de corocter¡s~cos del generador de CC ...... . 133
8.11 . Diferencias entre los bobinados excéntricos y los concéntricos . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . . . .. 8.1 2. Bobinado, ""énlTi,o, enleros y ir=ioood<».. .. .... 8.13. Cólculo de los bobinados imbricados de UI'lO copo . . .. 8.14. E"luema de un boI>nado imbricodo de uno ,opo .. ... 8.15. C61cu1o de lo, boI>nado, imbri,ado, de dos 'opo, .... 8.16. E"luemo de"" boI>nado imbricado de do, topo' . . .. 8.17. Bobinado, de dos ..Iotidodes. Cone,ioo Dohlonder. .. 8.18. Cólculo de lo, bobinado, imbri,ado, de dos ..Iotidodes 8.19. Esquema de"" boI>nado imbricado de do, ..Iotidode, 8.20. Caracterís~cas diferenciodoras de los bobinados
174 174 175 177 177 178 179 ISO 181 183 183 184
7.5. Interpretación de los curvos de corocteris~cos del generador de excitación independiente ... 7.6. Curvos de corocterís~cos del generador outoexcitoclo .. 7.7. Curvos de coracterísticos del generador compund .... . 1.8. Corocterísticos fundamentoles del ~or de CC .. .... . .J.9. El motor de corriente continuo en serv~io .......... .
134 136 138 139 140
~í:~~:~: r¿~al~~ ~~i~~S..... .......... .
excéntricos fraccionarios ............... . Conceptos básicos ................ .. . . Ac~vidodes ........ .... ............ .
140
Unidad 9
7.10. 7.\1 . 7.12. 7.13. T14. 7.\5. 7.16. 7.17. 7.18. 7.19.
Componentes necesarios poro el emoyo de lo m6quillO. 144 Enwyo de aislomiento ........................ . 145 145 Medición de temperaturas de funcionamiento ..
Mantenimiento de máquinas de corriente alterno
Ensayo en lo. generadores de CC .............. .. 146 Ensayo de los corocterís~cos de regulación ......... . 148 Ensayo de los coroderís~cos exterior e interior ...... . 149 149 Determinación del rendimienlo ................ . PIonihcoóón de lo, ensayos de """"'"' de CC ...... . 150
9.2. Elementos que intervienen en el mantenimiento
=u:~~~en~
=~~~~.:'::::::::::
: .::::::::::."
152
:~~
Unidad 8 Bobinados tdéctricos de corriente alterno 8.1. Introducción o los m6quil'lOs de corriente olterl'lO (CA) . 157 8.2. Closificación de los motores asíncronos de corriente alterno . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 8.3. An6!isis de los bobinados de uno móquino de corriente oherno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 158 8.4. Sistemas de conexión de los bobioodos concéntricos trifásIcos............. ... ............ 160 8.5. PIO<.50 de ,ólculo de lo. bobinado, concéntricos de CA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 162 8.6. Detenninodón de lo, principio. de lodo,", IY,,,).. 164 8.7. Proceso de eIoboroción del esquema de un motor trifósico . .. .. . .. .. .. . . . . . . .. .. .. . 165 8.8. Realización del esquema de un bobinado concéntrico .. 167 8.9. Bobinados concéntrico, entero, y Iroc,ioood<» . . . . . .. 170 8.10. Esquema de un motor monofásico concéntrico. . . . . . .. 170
9.1. M.ontenimienlo preventivo poro m6quinos
de corriente alterno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
187
preven~vo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Análisis secuencial del mantenimienlo preventivo. . . . .. locolizacMín y sistemas de reparación ............. Repo.óón I0I01 del bobinado 051000'0 .. .. .. .. .... Cambio de tensión de un mator de corriente alterno ... 9.7. Normas de seguridad en operaciones de mantenimiento, Conceplos básicos . .. . .. .. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . Actividades . . . . . .. .. .. .. . . . .. .. .. .. .. . . . .. . .. ....
9.3. 9.4. 9.5. 9.6.
187 191 193 198 206 208 208
209
Unidad 10 Ensayo de máquinos de comente alterna 10.1. pruebas de furK;ionamiento. Historiol de un moIor
de CA ........................ . 10.2. Adaploción de un motor ITifó,i,o de CA 10.3. 10.4. 10.5. \0.6. 10.7. 10.8. 10.9.
213 221 222 223 223 224 225 226 228 228 : 229
a UI'lO red monofásica. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Diferencias entre olternadores y gel'lerOdores de CC .. . Característicos eléctricos de un alternador ..... .. .. . fv\otor síncrono: fundamento y aplicocián . ..... .. .. . Coroclerísticas de los motores osíncrooos trifásicos ... . Atranque de los matores oS¡rK;ronos. . .. . ........ . Aplicociooes del motor monofásico ........ .... . Nonnos de seguridad en ensayos de mOquillOS de CA .
~d:s~s.~~s.:::::::::::::::::::::::::::::::: Atlex.o ............... •.. . . .........• • •.•.•. .
232
IntroduHión 01 taller de móq uinos eléct ri (os
Simbología normalizada
~: I
Relroso a lo canelli60 magnética
Qo
c;m.
•
Muy retardada
Retroso o 10 conexión y a
-
~
•
Relé polarizado
c:::;=¡ cp
-
Relé de remonenda
IZO
la de;conexión mognétoco
..
Seccionador fusible lripolor
i I • • ,
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J
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Seccionador en cargo lripolor
-
-
,
Seccionador tripolor
1!Q0
I lodo de ,ed
+
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Barrera de seccionomiento rever1ible
Apc:rato. de
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A
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Fusible
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Ó Disposi~vo de enchufe
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Muy retardado
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Bocino
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Timbre
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Sirena lcmporito Interruptores de señal
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•
-
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iobIo 1.6. Simbología de aporolos ele moniobro wgvn clisfinlos narme".
l
• El
I
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boóno
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sirena
ü -D®
.,H
Tran sformador L Iasifi(a(ió n y (O nstitu (ió n
111 Delili¡i6n J Imih
de lo! transformadores
El transformador eléctrico es una máquina estática
linoo de lronlfX>l1e
en muy alta Iensi6ri (400 kV1
que transforma, elevando o reduciendo, los volores de la tensión fU} Yde lo inlensidad (1) de entrada de una poten-
cia dada (51, y devuelve en lo salido unos volores distintos. Todo ello ocurre sin que se modifique la frecuencia de los mognitudes aplicadas.
Eltransrormodor, al igual que elevo lo tensión, también lo reduce, y es, por tonto, uno máquina reversible. Por ende, un mismo transformador puede ser elevador o reductor.
T,
T,
La transformación tiene lugar sin ningún tipo de movimiento mecánico y casi sin pérdida de rendimiento: esto hace del
400V 230V
230V 400 V 230V 400V
transformador uno máquina de gran utilidad y rentabilidad . Por su función , los transformadores pueden utilizarse en
transporte de energío, en medidas eléctricos, en seguridad de instalaciones, en aparatos de medicina , en juguetes, etc. Como podemos observar en lo Figura 2. 1, el transporte, lo distribución y los puntos de utilización de lo energía son sectores muy importantes, donde la aplicación del transformador es indispensable.
Fig 2 1 Esq~ de generación de efl6rgro. Tronsfonnoc:ión/elevoc::i6ri. Tronsporte. Tronsformoci6n/rec!tll:cióo. Uworio.
El circuito que recibe lo tensión que queremos tronsformar será el circuito primario, mientros que el que proporciona lo tensión yo transformada (elevada o reducido) seró el circuito secundario.
los transformadores de gran potencio se emplean como elemento poro elevar altas tensiones y poder así transportar lo energía eléctri co. lo elevación de la tensión hace reducir la sección de los conductores, focilitando ellransporte y mejorando costes.
fig 2_2 Dibujo
del circuito magnético y de los c¡rcvitos eléctricos de vn
Ironslonnodor de co/vmnoJ.
Un transformador, en su formo mós sencillo, está constituido por un circuito magnético y dos circuitos eléttricos. El circuito magnético está formado por chopos de material ferromagnético (generalmente, oleadón de hierro-silicio). apilados y a islados entre ellos poro reducir las corrientes inducidos, llamadas de Foucoult, que estudiaremos mós adelante. Sobre el núcleo magnético, se encuentran enrollados los circuitos eléctricos primario y secundario, codo uno con un número determinado de espiras o vueltas.
Como se puede ver en lo Figuro 2.2, si se conecto lo bobino primario o uno tensión de entrada fU)) y la bobina secundaria a un receptor, la tensión de entrada produce en el bobinado primaria una corriente eléctrico (1)) que, o su vez, inducirá un flujo magnético alterno (<1». Este Rujo circula o través del circuito magnético y, al llegar . . 01 bobinado secundario, induce en éste otra tensión eléctrico alterno de diferente valor (U2 ) pero con lo mismo frecuencia. Como veremos, esla variación depende funda mentalmente del número de espiras de las bobinas (NI y N"21.
Tr00 sfOrmodores mooofós i (O
de pequeño poteO(il
(I!I prÓ!lill
¡
1/,. US, 1
Tenemos un transformador de 10 kVA o 50 Hz de fre cuencia, con uno tensión de 1 000 V en el primario y
220 V en el secundario. Calculamos lo sección del núcleo aplicando la Fórmu' la 3.5 y obtenemos:
A la chopa del transformador le corresponde uno inducción de 12000 Gauss (1 ,2 T), por lo que el valor del Rujo máximo será : ~_ :Ao · ~_ :
100 · 12000:
'" 12 . l OS maxvelios (1 ,2 . lO" Wb) Por lo tanto el volor los espiros por voltio seró:
lO' -NV . 4,44 lO' . ..,--;-.,---;-;:'--;-;:;-::;:. . ~_ . I 4,44 . 12 . 10'· 50
Esto nos proporciona el cólculo de las intensidades de ambos bobinados.
Como se ha expuesto anteriormente, el conduclor utilizado en los bobinados eléctricos se comercializo según su diómetro, pero su cálculo se puede hacer teniendo en cuento el diómetro o lo sección del conduclor. Poro calcular la sección del conductor, deberemos tener en cuenta lo relación que hoy entre la intensidad y lo densidod de la corriente (15 en mm' ) con respecto o cada conductor. Poro ello vamos o utilizar la Toblo 3.2, que relaciona lo densidad de corriente con la potencia del transformador.
- 0,3753 espiras por V
. d
Tenlen o en cuento que
~--
N N, - . -U
V
l - - ---¡
,
Despejando las espiras (N) de cada uno de los bobinados será:
N , ;: Ji . U, '" 1 000 · 0,3753.,. 375 espiros V
N
N, "" V
· U, '" 220·0,3753"" 83 espiras
• I H.
IllmidGd d! Iu lirnilU !I/mill!
Conociendo la potencia nominol del transformador, lo Fórmula 3.2 expone que lo potencio del primario es igualo lo tensión de éste por la intensidad del mismo, y que la po' tencia del secundario es igual a la tensión de éste por la intensidad del mismo. Podemos despejar la intensidad del primario en función de lo del secundario, ex.poniendo lo siguiente:
(
l : longitud del co~uctor A _ óreo o
~( i6n
tronsYer1Ol
Fig 3.12. Sección ele un condvdor.
Fórmula 3 . 18
r
Sc,, = - en mm' 1;
Donde: Seu '" sección del conduclor de cobre en mm'
1", intensidad de corriente en A 15 '" densidad de corriente eléctrico en Nmm2
-
Ábaco 11 30
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V
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5
tP , ,p
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50
( _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _E~ _i_rn_.~_~_~_',_'_~_H_'_ _ __ __ _ _ _ _ _ _ ___ F¡g. 3.2 •. o,/erm;noción del numero eJe espiras por ...o/tio, COI'/IXienclo /o sección del núcleo y en función de Ja inducción mogné/ica, o divenos frecuencial.
--
Ábaco 111 Intensidad de corrienle en mA
8
10
20
40
30
100
50
200
I
I 1
0,9 0,8
I 1 1
I 1
1
I
11
1 1
0,7
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1
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0,5
1
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50
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0,1 0,09
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0,08
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0,07
0,7
0,06
0,6
0,05
0,5 0,8
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3
,
5 lnlemidod
Fig. 3.22. Delerminociótl
15
3
0,2
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1
I
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10
20
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60
de comente, en A
del di6melro del ,OnCJUCtOr en fu",ión de /o inrensicJoJ ele COfTienfe, o diversoJ clfHlSicJoóes ele cOt'rienl&.
80
3
~nsoyo
de t ron sformodores
volares directos de la polencia perdida en el hierro, y deja abierto el bobinado secundario. Por lo tonto, este bobinado no seró recorrido por ninguno intensidad, y no se tendrón en cuenlo los ín~mos volares de las pérdidas en el cobre poro este ensayo.
( 01 0 próll icl 4 Calcula lo potencio aparente y el factor de potencio en vacío de un transformador partiendo de los siguientes dotos:
i!!i!!====:I. U, ~
las principales dotas que hoy que determinar en el ensayo en vado son: • Los pérdidas en el hierro o través de lo lectura del votímelro (W,) en el bobinado primario, entendiendo que la P,oes la potencia medido en el valímelro (Wd.
1' 0
380 V 0,081 A
U2n
125V
P,O
2,2W
R.,
2,4 n
;::0:;;1 -->
• La intensidad en vado del primario a través del ampeCon los resultados obtenidos podemos calcular:
rímetro (A ,).
• La relación de transformación {m}.
• Lo relación de transformación (m):
• la potencio activa en vacío (P,o). m= - U,"-
U" También podemos colcular, con la ayuda de los resultados: • Lo impedancia (Z):
•
La impedancia (Z).
•
La potencio aparente (5...,).
•
El ángulo de desfase dad de corriente.
5...,, = U," ·1'0 • El ángulo de desfase (1{)) o fador de palencia de vado:
P"
z: - -
m= UI" "" 380 =304 U", 125 ' La potencia perdida que hemos medido con el vatímeIra en el bobinado primario del transformador en vacío corresponde a las pérdidas en el hierro y en el cobre.
S...
PlO
En vacío, el coseno de q>!ocoincide aproximadamente con el cos
2o (cos q>!0 == cos lo).
S
roG
"'----0--( w.
entre la tensión y la intensi-
En el ensayo en vacío, 01 estar abierto el bobinado secundario, no circula ninguno intensidod por éste, lo que permite que las tensiones primarios y secundarios sean exactas a los previstos en codo bobinado. Por lo tanto:
• La potencia aparente en vado (5...,.):
cos q>
I.p
1-
G Fuente de alimentación de corriente aherno regulable (aulolransformo
fig 4.7. Esquema eléctrica del ensayo de un lranslormador M voc/a.
::::
2,2 W
lo potencia perdido en el cobre se puede calcular mediante lo resistencia del bobinado y el cuadrado de lo intensidad del primario (1,0)2. Lo resistencia del cobre medido con un óhmetro nos do 2,4 n; la polencio del cobre seró: p~ =
R.,. (looP = 2,4·0,081' = 0,0015 W
Este resultado indico que lo potencia que se pierde por el cobre de! bobinado se puede despreciar con respecto o las pérdidas en el núcleo por las corrientes de Foucault y por el fenómeno de histéresis, en cualquier ensayo en vacío.
•
-.al
. 1B. Rui!l!uiol. i.dJIIOlcial I i.pedouio l !I
limador
urluirnilO
los volores de lo resistencia fRcc), de la ¡ndudado fXc:J, y de la impedancia (4) de los circuitos en el ensayo en cortocircuito se obtendrán mediante:
• Resistencia:
El rendimiento del transformador se define como la relación entre la potencia cedido 01 exterior de lo máquina por el bobinado secundario y lo potencia absorbido por el bobinado primario:
P,
'1: -
• I"dudando:
P,
Poro determinar el rendimiento de un transformador, podemos seguir el método directo, es decir, medir lo potencia del primario con un vatímetro y lo del secundario con otro, de formo que el rendimiento vendrá determinado por el cociente que resulto entre ellos, como se expone en lo fórmula anterior, en tonto por uno y en tonto por cien, como se indica o continuación:
• Impedancia:
Donde:
También:
'1~ -
Por lo tonto 10 corriente de cortocircuito siempre dependeró de los resistencias de sus bobinados y de los inducton cios de dispersión provocadas por los mismos.
. 1L lo iJl!Ilidod de urllliHlil1 la intensidad en cortocircuito (Ice) se obtiene así:
Dado que no se conoce la tensión del secundario, ~ obtiene sustituyendo lo tensión del secundario (U z) por su volor en lo expresión de lo relación de transformación, siendo:
u,
W,
W,
·100 len %)
Este resultado puede impedirnos calcular el rendimiento, debido o que el error de medida de los voltímetros es mayor que lo pequeña diferencia entre P2 y PI_ Can el método indirecto podemos determinar el rendimiento o través del cociente que resulta de lo potencio que el transformador cede el exterior y lo potencio absorbida por el transformador, sumándole las pérdidas en el cobre y los pérdidas en el hierro.
U
Rtlriauo!iíD
lo refrigeración en los transformadores se produce de diferentes maneras debido 01 tipo de construcción, a lo potencia, al medio ambiente donde se encuentre, ele.
. 1D. E1101l1f de plI!IIio dI Ilrlllirnill Uno vez obtenidos los dolos en el ensayo (lo polencio y 10 tensión de cortocircuito), el coseno de
P cos
. '"
los transformadores de pequeño potencia se suelen refrigerar mediante la expulsión del aire caliente directamente o la atmósfera. El calentamiento en el transformador se pro' duce por 105 pérdidas de energía eléctrico. En los transformadores secos, el escoso efecto refrigerante del aire no es suficiente poro su refrigeración natural, por
Bob i nodos ~ emóq ui nos
de (orriente (ontinuo
.i U es el número de secciones inducidas:
1ancho de sección de lo Figuro 5.26 (o), con un oocho po' lr de 4, seró de: Y/& Y" U.A , 2=8 y
3 ancho de sección de lo Fig. 5.26 (b), con el mismo ancho dar, seró de: Y, ""
Y~
Y,
. U", 4 . 3 "'" 12
o
b
Fig. 5.27
POtO
ele cotIe)I"iÓtl eJe un bobinado imbricado.
y
y... ~g
5.26 Bobioo de bobjnocJo imbricado eJe dos secciones indvcido, {o}. Bobioo eJe bobinocJo ondulocJo con tres secciooes indvc;dos lb}.
f ig 5.28 PoJO eJe COt"NIJIión ele un bobinado oncIulodo.
11. Pm (mllal(! 1L
h~illdl! i~.rildh!, n"lldl!
:1 bobinodo imbricado se caracterizo por hacer retroceder porte Rnol de lo bobino uno vez que entro en lo ronuro , buscar lo delgo siguiente o lo que se conectó lo onterior lObina (véase Figuro 5.27). El poso de colector en este tipo le bobinado seró de t I ; + I será el ovance progresivo, y ·1 el regresivo. J
•
1D .
(mlih I! la! ••• iw. h~illjl! (mldl!
:1poso de conexión es el número de ranuras que hoy que
El poso resultonte es lo sumo resultante del ancho de sección y del poso de conexión .
Se puede expresar también como lo distancio que hoy entre principios de dos hoce s octivos consecutivos. Se indico con lo lelro Y. Se puede observar en lo Figuro 5.V pora un bobinodo imbricado, y en lo Figuro 5.28, poro un bobino-
do ondulado.
11.
'111 j! nllllt(
leI hoz activo de lo bobino o lo que
altar desde el hoz octivo Rnal de uno bobino y el principio $e conectaró por mejio del colector; $e representa por lo letra Y, ('léanse los :¡guros 5.27 y 5.28).
El poso de colector es lo d istancio en delgos que existe entre los delgas donde esló conectodo el principio de uno sección inducido y lo delgo donde se conecto el final de lo mismo (véase lo Figuro 5.27 poro un bobinado imbricado y lo Figuro 5.28 poro un bobinado ondulado).
b;k,slos bobinados de corriente continuo son cerrados, por o que no deberá quedar ningún extremo libre.
El poso de colector tiene el mismo valor que el poso resultante.
_le
Bob. 9
:::on lo!> dato!> obtenidos y calculado, se confeccionaró el es~uema.
Bob. 2
A. lo hora de realizar el bobinado o rebobinado de uno móquino, tenemos que partir del diseño del esquema para realizar el montaje de codo uno de los bobinas. A continL)(]ción vamos o diseñar varios esquemas de bobinados imbricados simples con diferentes lipos de representación esquemótico.
. 11. RmmllUi61 (irular. rUlOJOllar , limpliliuda los esquemas de los bobinados se representan de varios maneras. Vamos a realizar sobre un mismo bobinado los representaciones poro que !>e puedo entender e interpretar y mós tarde poderlo ejecutor. En los esquemas de los Figuras 5 .33 y 5.34 , se puede ver un !>islema de repre!>entoción no ortodoxo pero que clarifi co bastante lo distribución y los conexiones del bobi nado.
Principio 2
Bob. 5
Bob. 4
Fig. 5 .34. E~verno circulo, de un bobinado simple.
El trazado del esquema se puede realizar perfectamente del modo circular, como vemos en lo Figuro 5 .35; los secciones inducidos están representados en su posición real por puntos Q igual distancia distribuidos por todo el contorno del inducido. los hilos del bobinado que salen del colector !>e dibujon con líneas continuos, mienlro!> que los que vuelven hocio lo delga siguiente se pueden dibujar con líneas de trozos; no es éste el coso, pero estó bastante extendido. El sistema de representación de lo Figuro 5 .35 es muy complejo de realizar, pero bastante eficaz poro su interpretación .
®
•
®
®
DdgaJ fig . 5.33. E$qvema lineal de un hob¡nodo $imp/e.
Como podemos ver, tenemo!> un bobinado simple de nueve bobinas y un colector con nueve delgas. El final de cada bobino y el principio de la siguiente van conectados a lo mismo delgo. El final de lo último bobina va conectado con el principio de la primero en lo mismo delga . los siguientes esquemas estón representados de lo manero convencional. Vamos o representar los diferentes esquemas del bobinado de un inducido de 12 bobinos; por la tanto, de 12 delgas. El número de ranura!> es de 12 y su polaridad es de .4 polos.
fig. 5.35. Repre5efltociÓll circulor cIeI hobinodo de un inducido.
-
Poro el mismo bobinado pero con cierre artificial, seró :
-
Número de polos {2p}.
-
Número de secciones por bobino fU}.
-
Indicar bobinado progresivo o regresivo.
-
Conexiones equipotenciales, si los hoy.
-
Si no se puede realizar de formo normal, indicar si e l bobinado es de uno sección muerta o tiene cierre ortiRcial.
• Posibilidad de ejecución. Poro que un bobinado ondulado se pueda realizar, debemos tener en cuenta los condiciones que se citaron anteriormente y que debemos aplicar.
YcoI "" -
• Ancho de sección. Y, =
En coso de no cumplirse lo condición anterior, se realizará el bobinado con una sección muerta o con cierre artificiaL
• Paso de ranuras. El paso de ranura deberó ser el mismo que el paso polar, o lo más próximo o él:
y~ .
U
• Paso de sección. Y2"" Y, · Yco/
• Paso de escobillas. y : -
-
Sabemos que el cociente entre el número de ranuras y el número de secciones inducidos deberá ser número primo del número de pares de polos:
K - :p U
(,.0=--_ 1 ,-,-1_- -'... 1 p
o 2p
año del e!uema de un bobinado en serie A lo hora de realizar el bobinado o rebobinado de uno máquina, tenemos que partir del diseño del esquema pora proceder 01 montaje de codo uno de los bobinas. A continuación vamos a diseñar varios esquemas de bobi nados ondulados con diferentes tipos de representación esquemático.
11. lI,rmllacill ¡irular, fllla lOllar , ¡implifica da • Número de delgas del colector. Paro el bobinado ondulado progresivo o regresivo, el poso de colector seró :
También se utiliza esta fórmula cuando el bobinado tiene cierre artificial. Cuando el bobinado tenga uno sección muerto, será :
o: S: (K · U}-l • Palo de colector. Poro el bobinado ondulado simple y con uno sección muerto, el poso de colector será: y,", :
.Q!.!.. p
los esquemas de los bobinados ondulados se representon de varios maneras diferentes. Yomos o realizar los representaciones sobre un mismo bobinado paro que se puedo entender e interpretar, poro después poderlo ejecutar. los siguientes esquemas están representados de lo manero convencional. Yamos o representar los diferentes esquemas del bobinado ondulado de un inducido de 13 bobinas y, por lo tonto, de 13 delgas. El número de ranuras es de 13 y su polaridad es de 4 polos. El trozado del esquema se puede realizar perfectamente de modo circular, como vemos en lo Figuro 5.40; los secciones inducidos están representadas en su \Xlsición real, por puntos o igual distancio, d istribuidos por todo el contorno del inducido .
Mon te ni mi ento de mÓQ ui no~ de (orriente (ontinuo
- - - Diversos 8 Spesore1 de galgas: 0,1 • 1 mm
• Tijeras de electricista. • Soldador eléctrico. • Comprobador de continuidad acústico.
Mongo tipo funda
\
• Detector de tensió:1 Ibuscapolos). l os llaves son esenciales en el desmontaje y monloje móquinas. Por este motivo no pueden faltar:
de
• Llaves fi jos dobles . • Llaves ajustables.
Fig, 6.5. luego eJe galgas de espesores.
• Llaves de tubo. • Llaves acodados . • Uoves de vaso.
flg, 6.6. lv10kJe eJe (ljs/anle de ronrJfO.
1L
MÓUilOl' hmami!llGl Implladal fD flmallflimi!lll dI IDa méuiaa
Como se ha podido comprobar en lo Un idad 1, las herramientas y máquinas utilizadas en el mantenimiento de
máquinas son muy especíRcos: bobinadora eléctrico, bobi nadora manual, devanador estático, juego de moldes, com-
probador de inducidos o zumbador, comprobador integral de motores eléctricos, bobino tala dradora portótil, taladro
sensitivo, esmerilodoro, elc. En algunos talleres tienen freso dora paro lo rectincoción de inducidos.
En cuonto o herramientas generales, no deben foltor:
nólililltUtD!iol del mantenimiento preventivo Como se ha podido ver en lo Tabla 6.2, 10 secuenciación del plan de mantenimiento preventivo de uno móquina es variable. los elementos que conforman uno móquina eléctrico no tienen 10 mismo actividad funciona l, es decir, no tienen e l mismo grado de deterioro. Por ejemplo, uno escobillo que estó en roza mienlo conslonte con el colector tiene mayor desgaste que los conexiones de lo placo de bornes. Esto nos indica que lo secuencioció n en un mantenimiento preventivo sólo se realizo con el factor tiempo y por codo elemento.
• Armario mural de panoplia. • Juego de destornilladores plonos .
• Juego de destornilladores Phillips. • Juego de destornilladores Stecker.
• Alicate de boca plana. • Alicate de boco redonda . • Alicate universal. • Alicate de punlo. • Aguja larga. • Mordazas.
11. (1Iprlbatill/1 111 aulaju, llimilO(ill jI libruillU , fli dll Uno de los causas que puede producir desequilibrios y ....ibrociones en uno máquina es lo desnivelación de lo propia máquina . Par este motivo es importante lo colocación nivelado y ajustado de sus ancla jes. lo nivelación se puede realizor colocando lo máquina en una cimentación adecuado o en carril nivelado. Uno vez . " . colocado lo máquina en su sitio, terminaremos de nivelor con cuños preparados poro tal fin , situados de manera que 10 burbuja de aire quede en lo porte superior del nivel, como muestro lo Figuro 6.7.
Si lo comprobación se realizo con un aparato sonoro de continuidad, al agitar levemente los conexiones, se pueden detector por el sonido los defectuosas. Mediante lo resistencia de los bobinados se puede comprobar de formo exocla si existe uno molo conexión, por lo resistencia de conlado que se produce.
11.
(1II1II1Iill dll!! lljil!lll. C..,nbuill dlll rlglloridld dll l!lrlliml
los cojinetes son elementos esenciales paro el buen fun cionamiento de todos los demás elementos. Un cojinete gastado produce un movimiento descentrado en el induci do y, por tonto, un entrehierro desigual ; asimismo puede ocasionar un rozamiento entre el estotor y el rotor, y provocar uno roturo de los chopos magnéticas tonto del estetar como del rotor. Conviene comprobar lo holgura de los cojinetes moviendo el eje verticalmente, como se puede observar en lo Figuro 6.9.
• Detección de contados a maso en las circuitos del inducido y del indudor. • Detección de interrupciones en los circuitos del inducido y del indudor. • Detección de cortocircuitos en los circuitos del inducido y del inductor. También se determino lo colocación correcto de los escabi' y lo polaridad de los circuitos inductores e inducidos .
1105
Para ello se utilizan útiles y aparatos que permiten obtener, de monere rápida, uno valoración inicial pero lo detección de lo avería y paro realizar seguidamente su repareción. Los oparatos de medido son los instrumentos que generolmente se utilizan en lo detección de overías, además del comprobador de continuidad, el zumbodor poro los inducidos y lo brújula. Uno vez hechos las comprobaciones pertinentes y antes de desmonlar la móquino, se procede o identificar los posiciones que lo carcasa y los topas de lo máquina tienen 01 ser recepcionodas. Poro que el montaje de los topos se realice en lo mismo po' sición en lo que se desmontá, éstos se señalon con un pun° zón . En la Figuro 6.10 se pueden observar las marcos en lo carcasa y las topos de lo máquina .
Seiiotes de referencio
etl
et montaje
Fig. 6.9 Movimiento verlicol comprobando el c/esgos/e ele los coiiM/es.
Iii PrubOl paro lo locolilo¡i6n de
Fig 6 10_ Morcos de idootjficcxioo de /o pmidón de lo carroso y los topos.
amia\. iiltemal de reparación
i En todo taller de repareción y montenimiento de máquinas eléctricos y en todo octuoción del equipo de mantenimien' to, lo propia empresa realizo uno pruebo de recepción de lo máquina. les pruebas de recepción se centran en :
((Ir,
lilllmiull jll!llllll r IIlIIill!! illWWIl El inductor es lo porte de lo máquina de corriente continuo que menos mantenimiento tiene, debido a la nula exposición o movimientos mecónicas, lo que permite un rápido y efi· caz mantenimiento.
-¡¡-
~ nsayo
demóq ui nos de corriente (ontinuo
(01
A continuación trotaremos los curvos de característicos mós representativos que se pueden determinar en función de los magnitudes estudiados_
Hasta ahora no ha si80 posible estoble<:er un método ma-
Característica en vacio
temático que relacione los magnitudes que intervienen en el
Es lo curvo que represento lo tensión en bornes en va· cío, poro uno velocidad de rotocién determinado, en función de lo corriente de excitación . lo característica en vacío se expreso:
estudio y funcionamiento de los máquinas de
ce.
Paro establecer relaciones entre las magnitudes de uno
ce
máquina de se ha recurrido a 10$ ensayos de 10$ máquinas, y o partir de 10$ resultados obtenidos, se de-
terminan representaciones gráficas o curvas característicos, que nos permiten onaliz.or y predecir el com-
Siendo:
portamiento de la máquina en sus diferentes estados de funcionamiento.
n '" constante los curvos de característicos nos permiten conocer lo variación de una magnitud con respecto o otra cuando los magnitudes restantes permanecen constantes .
Como se ha comprobodo en los ejercicios de aplicación, los mognitudes que intervienen en el funcionamiento de un generador son;
Caroderistico en cargo Es 10 curvo que representa lo tensión en bornes en función de lo corriente de excitación , poro uno velocidad de rotación y uno intensidad en el circuito exterior constantes. lo característico en cargo se expresa;
• Tensión en bornes de lo cargo (U,,) • Corriente de excitación {I",J • Corriente suministrado por el inducido (lJ • Velocidad de giro {n}
Siendo: n '" constante
ti '" constante > O
lo posición de los escobillas se considero fijo .
Coracteristica de excitación o regulación
lo relación entre las magnitudes citados nos llevo o lo necesidad de representar uno función en los que intervengan las cuatro magnitudes.
Es la curvo que representa lo corriente de excitación en función de 10 corriente suministrada por lo máquina, poro uno velocidad de rolación y uno tensión en bornes constantes. lo característico en cargo se represento:
I(U" /., /" ni- O Como es complejo relacionar cuatro variables, se recurre o lo representación de uno variable en función de otro, mientras que las demás permanecen constantes, pudiendo osi determinar los diferentes curvos de característicos.
Donde: UI:> .. constante > O n '" constante Caracteristica exterior
11. Ti'1! dI IIml jI roromrtiliCII II!IIial!! HII!
gmrodml d! ((
los diferentes tipos de excitación de uno móquina de CC son motivo suficiente para conocer sus característicos más funcionales y poder establecer el mejor servicio con los mejores garantías de hmcionamiento.
Es lo de mayor interés, yo que es lo curvo que represento lo tensión en bornes en función de la carga del generador, manteniendo constantes los valores de lo in tensidad de excitación y la velocidad de rotación. la característico exterior se represento :
El
IL
(IrIO dI (Dfo!l!rtuilo dI rllllllih 111 Olllrldtr Ibul
u
(VI
lo curva de característica de regulación del gene-
u,
rador shunll... ""' f (/;) es prácticamente igual, y permite averiguar lo excitación necesaria poro cualquier carga. A
'.
u,
, A
of-ci'"""""-------.""'--f---_
1lA) ~ ~ ~ loe· Corriente debido 01 magnetismo remonerole 'ce • Comente de corgo poro la qve $(1 obtienen dos tensiones: U1 • U2 '-.. = Corriente eIIlerior móximo, que es (2 o 2'511.
L-- - -----;uo• de
F"'9 7. 16. Curvo de característico exterior de un generador $hun!.
a
b
Fig. 7.15. CVMJ ele coroderfstico
eJe reglJlociÓtl
en un ~ shunt.
lo curvo de característica de vacío, salvo el punto inicial, que corresponde al magnetismo remanente del circuita inductor, donde lo corriente de excitación seró cero.
Se puede determinar lo caraclerística en vado separando el circuito serie del inducido y aplicando uno tensión de uno fuente exterior.
le curva de característica exterior del generador shunf, UI> '" f (t), no mantiene constante lo corriente de ex-
citación por varior ésta en función de lo tensión en bornes.
Poro ello se lomo como variable constante la resistencia del circuito de excitación, es decir, del inductor shunt. Como ~ puede comprobar, la característico exterior de un generador shunt tiene algunos diferencias con respecto al generador de excitación independiente, como: • Bajado de tensión
01 posor de vocio a
carga.
• Aumento limitado de lo corriente de carga. • Se obtienen dos valores de tensión (U , - U2) paro una mismo corriente de carga .
I E.
(IrIO h IOfOlllrtllilD !IUdl dll omrodtr mil
'-----------~ I•. I
fig. 7.17. Curvo de corodelís,ico de vocia en un generoclor serie.
I F.
(1fIlI!rtllill dI IDfIO IIllumdlf l!fil
El generador con excitación serie presenta el inconveniente de su inestabilidad en el suministro de lo tensión. Poro el normal funcionamiento de este generador, es necesaria uno carga exterior.
El funcionamiento normal de este generador, como se ha expuesto en el aportado anterior, es el de funciona- _ , . miento en corga l por ser necesario lo circulación de una corriente de excitación por el induclor.
Este generador presenta uno corriente de excitación igual a lo corriente exterior, por lo que no es posible determinar
El circuito de excitación es atravesado por la corriente de carga. Poro evitar pérdidas de tensión y potencia, se cons-
Donde:
la determinación de la característica de lo velocidad, la ca·
P" '" polencio útil
raderística del par motor y la determinación del rendimiento serán los ensayos a seguir en los motores de
ce.
P" '" potencio absorbida '1 '" rendimiento los métodos poro
lo determinación del rendimiento
más utilizados son :
11. Dtltrlilllih jI 1I IIrllllnllilO di l!llIidad la caraderística de lo velocidad, como podemos comprobar en el Aportado 7 .8, se represento por:
• Método directo. • Método indirecto.
Siendo constante lo tensión en bornes U&.
El método directo consiste en medir lo potencio útil y lo potencio absorbido de lo máquina y aplicor lo Fórmula 7 .16. Este método se empleo sobre todo en máquinas de poco potencia .
Se consigue o través del freno que se le aplico a l eje. lo ca· racterística de la velocidad, en el motor shunf, corresponde en su montaje ensamblando un freno 01 eje poro utilizarlo como cargo 01 motor.
El método indirecto consiste en medir todos los pérdidas de lo máquina, sumando o lo potencio útil las pérdidas obtenidos en los diferentes ensayos.
En lo Figuro 7.46, se indico el esquema de montaje correspondiente a un motor de excitación shunf. Uno vez ensamblado el freno 01 motor, se alimenta con su tensión nominal U", actúo sobre su excitación R, y consigue poner el motor o su velocidad nominal en pleno carga mediante el freno .
Si el rendimiento es:
p.
~:
p.
Si la potencia absorbida es: P" "'" P" + Pp • lo potencio útil se determino por: Pu :: U · I •
la potencio pérdida es: Pp = Po + p¡ + p.. + Pod
Donde: Pp "" potencia perdida totol
Po'" potencio perdido en circuito abierto o en vacío
Pi '" potencio perdida por efecto Joule en el inducido p.. = potencia perdido en los escobillas en cargo Pod ;: polencia perdido adicional en cargo
Conseguido 10 excitación poro el valor a plena carga, se mantendró estable mientras dure el ensayo. A continuación se toman los volares; el primer punto corresponde al fun cionamiento en vacío, medida para el cual se habrá desconectado el freno . El amperímetro indicará lo corriente absorbido de lo red, y lo velocidad se obtendró mediante un tacómetro. los demós puntos de lo curvo se irán obteniendo o medido que se aplique más resistencia al freno y se produzca más cargo . A continuación se va anotando en codo punto la intensidad indicado por el amperímetro y los revoluciones indicadas por el tacómetro, que se reRejarón en la tabla de valores correspondiente. los puntos que se deberán realizar son :
Plolilimi6n de motores de ((
m.--
O!
mOJI! e
• En vacía . • Al 25 % de la cargo. • Al 50 % de lo cargo.
Como ocurre con los generadores, el estudio de los molares de CC se realiza o Iravés de sus caracteríslicas, relacionando lo velocidad (n) , el por motor (M) y lo corriente del inducido (/;), como se pudo comprobar en el Aportado 7.8 .
• Al 75% de lo cargo. • Al 100 % de la cargo. • Al 125 % de la carga.
Bob in odos eléu ri (O s de (orriente alterno
11.
(lIdi(imlll III blbiUd!! imbri(ld!! Iltlm dI 111 (010
En los bobinados enteros de uno copa, codo lodo activo de la bobino ocupa una ronuro. las bobinas de estos bobinados lienen colocado un lado activo en uno ranuro por, y el otro lado activo, en una ranuro impor, lo que hoce que el
paso de ranura
~
ancho de bobina seo impar.
Por su construcción, las cabezos de bobinas están dirigidos hacia la derecho y hacia lo izquierdo alternativamente. En la Figuro 8.30, se puede observar la dirección de las cabezos de bobinas.
-
r r r
Fig.8.31 Sentido eJe 105 cabezos eJe bobillOS eJe VIl
r hob¡noóo imbricodo
<álul. de 1.1 b iDa 1 imbriladol de una lapa Como indicábamos en el Aportado 8.3 01 estudiar los bobinados trifásicos, los elementos son comunes o todos los bobinados de corriente alterno . Por lo tonto, se utilizarán los mismos poro determinar codo uno de los elementos de los bobinados imbricados. Poro el cálculo de los bobinados imbricados, se recurrirá o los fórmulas utilizadas en los concéntricos, con lo excepción del poso polar o ancho de bobino; como los bo·
binados imbricados se ejecutan generalmente por polos, sólo recurriremos a las empleados en conexión por polos.
Número de ranuras por polo y fose Fórmula 8.2
ele VIlO ropo.
Otro de los condiciones que deben reunir estos bobinados es que el poso de ranuro seo aproximadamente iguol 01 paso polor. Conocidas estas condiciones, podemos exponer lo siguiente:
• Para paso polar impar, el ancho de bobina deberá ser igual 01 poso polar. También puede ser acortado el
Número de bobinas para un bobinado imbricado de uno capo Fórmula 8.3
paso polar en lo cantidad deseado, de formo que quede
siempre el paso polar como valor impar. El poso polar se obtiene mediante:
Fórmula 8.22
Yp= -
K
2p
Número de bobinas paro un bobinado imbricado de dos capas Fórmula 8.4
Yp '" Yk Si acortarmos el ancho de bobino en los bobinados imbricados, obtendremos tantos ranuras muertos como ranuras acortemos; esto reduce el tamaño de los polos y, por consiguiente, reduce lo potencio del motor.
• Para paso polar par, forzosamente debemos acartono o volar impor paro que se puedo construir. Si tenemos un poso polar de 8, deberemos reducirlo o 7 o 5, pero siempre deberá ser impar.
Grupos totales del bobinado Fórmula 8.S
-
Moo te oimieoto de móq uioos de (orrieote olteroo
.Macarrón aj~ante
Fig, 9,47, Cone....ión enlre bobinas y en/re grupos mediante
Uf!
Uno vez aislado y moldeado, se procede al amarrado del bobinado, con el objetivo de sujetarlo poro superar vibraciones, al mismo tiempo que sirve poro que el barnizodo compacte aún más el bobinado. En lo Figura 9.49, se puede observar el amorrado del bobinado o lo largo de lo drcunferencia del motor_
soIdodor.
Uno vez moldeado el bobinado, se le coloca un aislante de papel presspon o de fibra de vidrio entre grupos, para conseguir que el contacto entre ellos seo mínimo. Poro ello preporamos un aislante por grupo, con el fin de colocarlos sin que sobresalgan mucho de los cabezas, como se puede apreciar en lo Figuro 9.48 .
Fig 9.49, Amorrado del bobinado (corte5io de Eleclro-U/rero).
Realizados los operaciones anteriores, es conveniente veri~ car eléctricamente lo continuidad de los foses, los posibles contactos o masa y los cortocircuitos en bobinas (Figura 9.50). El ba rnizado es lo último operación antes de montar y comprobar el motor; poro ello, se preparo un recipiente donde puedo goteor el barniz que se le aplique pulverizado con pistola , o brocha o por inmersión. Pero antes es conveniente extraer del motor y del bobinado lo humedad que pudiera tener, aplicándole color con estufas o mediante un horno especial poro bobinados.
Fig. 9,48. MoJorCOll aislamiento entre grupos de bobinas (corlesía de Elec/ro-U/rero).
El barniz debe ser suficientemente Huido poro que puedo penetrar en todos los huecos del bobinado, y suficientemente espeso poro conseguir una capo consistente después del secado.
El
~ nsoyo
de mÓQ uinos de (orriente olterno
Anexo