Las ranuras del estátor de los motores de corriente alterna de gran potencia son
CURSO DE
BOBINADO Y
REPARACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS
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BOBINADO DE MAQUINAS Eléctricas
Si bien los devanados de las máquinas de corriente alterna responden a los tipos imbricados o bien ondulados, consideramos a continuación las carac- terísticas principales respecto a la disposición que adoptan los mismos en las máquinas de corriente alterna monofásicas y trifásicas, con rotor en «jaula de ardilla» y con rotor bobinado.
Sin embargo, para los cálculos de las máquinas de inducción el valor del resbalamiento no se tiene en cuenta, considerándose para el diseño de los bobinados las velocidades sincrónicas ya que el campo magnético del mismo gira con velocidad sincrónica alrededor de su eje. El primer detalle es que el que relaciona el número de ranuras por polo y fase.
NÚMERO DE RANURAS POR POLO Y POR FASE
Es la cantidad que caracteriza el bobinado y que en la práctica puede alcanzar valores muy distintos, limitándose para los motores sincrónicos entre 2 y 8, para los del tipo distribuido. El número 3 que se ha incluido en el denominador, se utilizará en el caso de tratarse de bobinados para las máquinas trifásicas. El resultado que se obtiene de la expresión anterior, nos dará el número de ranuras a utilizar por cada arrollamiento que componga un polo y fase. Este detalle es sumamente importante, pues bien no es lo único necesario para el cálculo y trazado de un bobinado, resulta imprescindible para saber si pueden utilizarse la totalidad de ranuras del estátor.
Pero si se lo quiere bobi- nar como máquina tertrapolar, observamos que ello no es posible según nuestra tabla, por cuyo motivo habrá que dejar 6 ranuras vacías, distribuidas uniformemente en la periferia, pues son necesa- rías solamente 36 para lograr un devanado tetrapolar.
Considerando este aspecto de real importancia, previa ejecución de devanado, pasamos a considerar los tipos de bobinados más frecuentes. Los devanados distri- buidos, prácticamente utilizados en todos los casos, son aquellos en que las bobinas se reparten en varias ranuras por polo y por fase.
La razón de la muy limitada utilización de los devanados concentrados, reside en que su resultado se traduce en pésimo aprovechamiento de la periferia del estátor
Siendo la ventaja de un devanado concentrado la de suministrar una fuerza electromotriz un poco más elevada que en el caso de los distribuidos, esta única condición no compensa de ninguna manera el aumento de dimen- siones de la máquina por las razones recién indicadas.
Por ese motivo nos ocuparemos únicamente de los devanados distribuidos por ser los que se utilizan actualmente en la práctica. Dentro de los devanados distribuidos, se distinguen tres sistemas principales de acuerdo a la forma de ejecución, en cadena, imbricado o de bobinado de barras, las carácterísticas principales de dichos sistemas las consideramos a continuación.
BOBINADO EN CADENA
Este tipo de bobinado se lo conoce también con el nombre de bobinado de «cabezas distintas» porque las bobinas no son iguales entre si, sino que las hay más cortas y más largas con el fin de poder acomodar los cruces en las cabezas frontales. En la figura 2 puede apreciarse los dos tipos de devanados en cadena mencionados. Para mayor claridad, en la figura 3 se ha representado un bobinado en cadena con cabezas en dos planos.
BOBINADO IMBRICADO O DE BOBINAS IGUALES
Estos bobinados presentan un aspecto similar a los utilizados en máquinas de corriente continua por ese motivo se los llama imbricados. Las bobinas son de forma romboidal o trapezoidal, pudiéndose hacer de una sola capa siempre que el número de ranuras así lo permita.
La diferencia entre un arrollamiento en cadena y uno imbricado está en que en estos últimos resultan mejor ventilados lo que posibilita llegar a intensidad algo
B) CABEZAS EN TRES PLANOS.
mayores a 4 Amper por mm2 aprovechando mejor el cobre, además como apuntáramos anteriormente resultan de un costo inferior de mano de obra, lo que los hace ideales para la fabricación en serie. La desventaja que presentan ante los bobinados en cadena es que su rendimiento es algo menos, como así también su factor de potencia sin embargo, por no ser de gran importancia estas diferencias se adopta por lo general este tipo de construcción para la ejecución de devanados de máquinas de potencias no muy elevadas.
La forma de ejecutar el bobinado de barras es por regla general como el tipo ondulado de corriente continua, o sea, con avances progresivos a lo largo del mismo, cumpliendo en muchos casos, varios recorridos del paso polar antes de conectarse nuevamente. Siendo el paso polar igual a 9, la cantidad de ranuras por polo y fase se determina determina maquinas trifásicas.
Nroderanuras
36
36
= 3
BOBINADOS TRIFÁSICOS EN CADENA
Tal como lo hiciéramos para las máquinas de corriente continua, para diseñar el bobinado deberá establecerse con exactitud el «paso», para conectar entre sí los lados de bobina, los puentes para hacer
Paso de fase:
Las tres fases del devanado deben estar desplazadas entre sí, 120º eléctricos, o sea la tercera parte de un ciclo de corriente alternada, sabiendo que el mismo tiene 360º, que traducido a la práctica significa que deben esta alojadas en la periferia del estátor en un ángulo igual que el defasaje existente.
Para ello, en nuestro caso, se debería haber desplazado la fase 2 de un tercio del total de ranuras, o sea las ranuras para nuestro ejemplo representado en la figura
5, con lo que la fase 2 comenzaría en la ranura
13 y la
3 en la ranura 25; imposible de hacer por tratarse de una máquina tetrapolar. En resumen, para calcular el paso de fase debe emplearse la fórmula:
2 N Paso de fase =
3 pEl resultado nos indicará el número de ranuras que separan entre sí las bobinas de cada fase, cualquiera se a el número de polo y de ranuras.
Aplicando la fórmula anterior en nuestro ejemplo, vemos que, con 36 ranuras y 4 polos, el paso de fase será
2 x 36 72
Paso de fase = = = 6
3 x 4 12
que es justamente el paso que hemos utilizado.
Ejemplos de bobinados en cadena:
Dados los ejemplos elementales procederemos a continuación al trazado de un devanado en cadena para una máquina de dos polos, con cabezas en tres planos.
Datos:
Nº de ranuras = 24
Velocidad n = 3000 r.P.M
El trazado se representa en la figura Nº 6.
Proceso;
Se comenzará por marcar los 24 lados de bobina o de ranura numerándolos, calculándose a continuación los valores carácterísticos comentados en nuestro ejemplo anterior.
Ranuras por polo y por fase
es decir que si la entrada de la fase 1 se encuentra en
24 =
24= 4
la ranura Nº 1, la correspondiente al fase 2, debe estar
Nroderanuras 24
= = 12 ranuras
p 2
que justifica fehacientemente la distancia tomada entre los grupos de ranuras correspondiente a la fase 1.
Paso de fase
Paso de fase = Nroderanuras
=36
= 36= 3
está ubicado debajo del oto polo, y de allí pasamos al
3 x p 3 x 4 12
lado Nº 2, por el puente interno y de este al lado de
bobina Nº 11.
Similares con- sideraciones nos permiten efectuar las conexiones frontales de las fases 2 y 3 entre los conductores (en realidad terminales de las bobinas) Nº 19 y 7 la correspondiente a los Nº 3 y 15.
Se finaliza de esta manera el trazado del bobinado, que resulta en tres planos de cabezas por ser de dos polos. Un detalle práctico que podemos agregar es que se han indicado las bobinas como si estuvieran constituidas por una sola espira, pero en realidad están formadas por un haz de espiras concéntricas y encintadas for-mando «un paquete».
En la figura se ha representado un bobinado de cuatro polos con cabezas en tres planos,
siendo las ranuras por polo y por fase = 4, el paso polar = 12 y el paso de fase = 8.
Conexiones a la caja de bornes:
Todos los devanados trazados hasta el momento, responden a distintas carácterísticas en lo que respecta al número de polos, de ranuras o a las formas y tamaños de las bobinas que tenían en cada fase una entrada y una salida.
BOBINADOS TRIFÁSICOS IMBRICADOS
Con referencia a los bobinados trifásicos imbricados, podemos decir que pueden encontrarse devanados de una o de dos capas, en este último caso, cada bobina está ubicada de forma tal que uno de sus lados se encuentra en la parte superior de una ranura y el otro lado en le fondo de otra ranura.
Por ejemplo, si se tratara de un motor de 36 ranuras y lo queremos bobinar para cuatro polos, el paso polar resulta ser
Nro de ranuras 36
Paso polar = = = 9
Nro de polos 4
para calcular el paso de bobina, es necesario restar al paso polar un sexto de su valor, o sea, 9 – 15 = 7,5. De acuerdo a lo indicado adoptamos como paso de bobina, 7 ranuras.
Paso de fase:
Con referencia a la obtención de este dato, se procede en igual forma que en bobinados en cadena considerados anteriormente.
Ejemplos de bobinados imbricados:
A continuación, desarrollaremos el trazado de un bobinado imbricado de acuerdo a los siguientes datos:
24 ranuras – 4 polos.
Para efectuar el trazado debemos previamente calcular ciertos datos, comenzaremos como en le ejemplo anterior por calcular la cantidad de ranuras por polo y fase
1) ranuras por polo y fase
Continuamos luego uniendo los lados 3 y 8, 5 y 10 y así sucesivamente hasta completar el desarrollo te- niendo en cuenta que siempre debemos unir un lado largo con el corto que se encuentra cinco ranuras más adelante.
Para conocer en cuales ranuras comienzan cada una de las fases debemos calcular el paso de fase, para esto utilizamos la fórmula correspondiente
24 = 2 ranuras por polo y fase
3 x 4
2) paso polar
24= 6 ranuras
6
3) Paso de bobina
Conexiones frontales:
Para conseguir polaridades contrarias en los polos adyacentes se hace necesario conectar el lado 6 con el 12, el 7 con el 13 y el 18 con le lado 24, de esta manera la corriente se desplaza en sentido contrario al anterior para lograr el fin propuesto.
BOBINADO IMBRICADO DE DOS POLOS
El trazado correspondientes se muestra en la figura
11, se lo ha realizado de acuerdo a los siguientes datos:
Cantidad de ranuras 24 – Ranuras por polo y fase 4 – Paso polar 12 – Paso del bobinado 9 – Paso de fase 8.
BOBINADO IMBRICADO DE SEIS POLOS
Se lo indica en la figura 12, los datos correspondientes son:
Cantidad de ranuras 36 – ranuras por polo y fase 2 – Paso polar 6 – Paso de bobina 5 – Paso de fase 4.
BOBINADOS DE BARRAS
Por supuesto que estas bobinas no son planas ya que deben poseer la curvatura adecuada para adaptarse a la forma del estátor, además, gene-
Cabezas de bobinas:
Como se recordará, en los arrollamientos ondulados, los conductores ubicados debajo de un polo deben encontrarse en serie con los conductores colocados bajo el polo siguiente, es decir, el conductor que está debajo de un polo norte será recorrido por una corriente de determinado sentido, mientras que el colocado bajo
el polo sur es recorrido por una corriente de sentido contrario. En el conductor siguiente de la serie, que se
En la figura 14 se ha representado el trazado corres- pondiente, comenzaremos por destacar que en cada ranura se alojan dos conductores (lados de bobinas) indicándose con trazo continuo los ubicados en la parte superior y con línea interrumpida de los de la parte inferior.
La cantidad de ranuras por polo y fase se determina con la fórmula ya conocida
Nro de ranuras 18 18
= = = 1
3 x p 3 x 6 18
En este caso, dado que el paso de bobina es igual al paso calculamos la cantidad de ranuras que abarca cada bobina en la siguiente forma
encontrará debajo de otro polo norte, la corriente
Nroderanuras
18
= 4 ranuras
Trazado de bobinados ondulados:
Como en casos anteriores, desarrollaremos el trazado de un bobinado ondulado que responde a los siguientes datos 18 ranuras- 6 polos. Se tendrá en cuenta que para simplificar la explicación se ha elegido un estátor con un número de ranuras relativamente bajo, aunque
Los bobinados del rotor pueden ser de dos tipos, imbricados para máquinas de poca potencia o bien devanados ondulados para máquinas de mayor potencia.
BOBINADOS IMBRICADOS
Los devanados imbricados en el rotor, son similares a los que se emplean en el estátor, es común que las fases del bobinado se dispongan en triángulo, es decir, los puntos de uníón del triángulo se conectan a los anillos colectores.
BOBINADOS ONDULADOS
También en este caso el trazado es similar a lo con- siderado en los estátores, en la figura 15 se representó el correspondiente a un rotor de 24 ranuras para un motor trifásico de cuatro polos. Naturalmente que los tres principios de las fases, van conectadas a los anillos colectores.
TRAZADO DE BOBINADOS MONOFÁSICOS
En los motores monofásicos, generalmente el bobinado de trabajo no ocupa la totalidad de las ranuras, ya que algunas quedan libres para alojar al bobinado e arranque, es común que este último ocupe la tercera parte de las ranuras disponibles. En casi todos los casos, los arrollamientos monofásicos son del tipo en cadena porque facilita constructivamente dejar ranuras vacías ya que permiten conexiones frontales más cortas.
Ejemplo: en la figura 16, se muestra el trazado del bobinado de un motor bipolar con 18 ranuras.
Con referencia a los polos de arranque están formados cada uno por dos bobinas con- céntricas alojadas en las ra- nuras 5 y 14, se alojan dos lados de la bobina de polos distintos.
El paso de bobina se acostumbra a tomarlo con una ranura menos que el paso polar. Como sabemos el número de bobinas es igual al número de delgas del colector, por lo tanto si tenemos 24 bobinas para alojarlas en 12 ranuras, es necesario disponer cuatro lados de bobina en cada ranura. Además el paso polar, por tratarse de una máquina de dos polos y doce ranuras será de 6 ranuras.
Se entiende que por tratarse de un bobinado imbricado, el paso del avance que resulta igual al paso de bobina, debe tomarse con una ranura menos que el paso polar,
Con referencia al paso de retroceso, se recordará que tiene una ranura menos que el paso de avance, por lo tanto su valor es 5 – 1 = 4.
ENSAYO, PRUEBA Y CÁLCULO DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA
Conocidas las diversas disposiciones circuitales de los motores de corriente alterna ya sean monofásicos o trifásicos, encararemos en esta lección el estudio de los métodos a seguir para el ensayo y localización de posibles averías en dichas máquinas eléctricas. Es interesante destacar que en todos los casos en que se ha efectuado una reparación, antes de proceder al armado de la máquina es muy conveniente realizar el control de la misma, por ese motivo señálamos a continuación las verificaciones más comunes que se realizan, como así también la técnica a utilizar para el logro de un trabajo eficiente, seguro y rápido.
ENSAYO DE UN MOTOR MONOFÁSICO DE FASE PARTIDA
Supongamos que se ha concluido el bobinado de un motor monofásico con sus respectivas conexiones, a continuación de los arrollamientos con masa, cor- tocircuitos entre las espiras, inversiones de la polaridad de los polos, etc. Naturalmente que estos ensayos deben realizarse en lo posible antes de barnizar el mo- tor para que no resulte luego, trabajosa su reparación.
Los ensayos más comunes que se realizan son:
Contactos con masa:
Los contactos a masa, se suelen establecer cuando en un sector o en un punto del alambre del bobinado se ha quebrado o roto la aislación producíéndose en consecuencia un contacto eléctrico con la parte metálica del motor. Como allí el alambre se dobla, puede ocurrir que la aislación se agriete o desgaste durante el proceso de bobinado.
Una vez ubicado el punto donde se produce el contacto a masa, se procederá a aislarlo correc-tamente. Un terminal de la lámpara hace contacto con le bobinado a través de la caja de bornes, el otro terminal se apoya sobre la carcaza, de forma tal que si la lámpara en- ciende, para detectar el contacto a masa, se procederá de acuerdo a los métodos recién explicados.
Para ello puede intentarse descubrir la falla obser- vando detenidamente el arrollamiento para ver si algún conductor toca al núcleo.
FIGURA 18 – PARA DETERMINAR CONTACTO A MASA EN EL ARROLLAMIENTO CON UN TERMINAL DE LA LAMPARA SERIE EN CONTACTO CON EL ARROLLAMIENTO Y EL OTRO CON LA CHAPA DEL Estátor. SI SE ENCIENDE, HAY CONTACTO A MASA.
Natu- ralmente que tampoco encenderá la lámpara cuando la conectamos al terminal de salida 4, se entiende entonces que una vez reparada la interrupción, al conectar la lámpara al terminal 4 debe encender. Para ello se conectará la lámpara serie a los extremos de dichos arrollamientos. Encontrándose la falla en el interruptor centrífugo se procederá a limpiar sus contactos con tela esmeril de grano fino y además se graduará la presión de la parte rotativa sobre la parte fija.
Circuito abierto:
Los circuitos abiertos en los bobinados principal o de arranque constituyen otra de las causas probables de avería. Los terminales de la lámpara serie, se conectan a los extremos del arro- llamiento, si estos se encuentran en buen estado, la lámpara debe encender, pero si no lo hace, indica una interrupción del circuito en alguno de los polos.
Para detectarlo es necesario conectar la lámpara como lo indica la figura 21.
Al hacer contacto con el puente 1, la lámpara encenderá lo que indica que el primer polo no está interrumpido. Al repetir la operación en le puente 2 ocurre exac- tamente lo mismo, pero cuando hagamos contacto con
Si así no ocurriera, debemos sospechar de los arrollamientos o del interruptor, los que sean controlados en la forma ya explicada.
Cortocircuitos:
En el caso de una bobina o varias que presentan fallas de aislación de forma que algunas de sus espiras se tocan entre sí, puede producirse un mal funcio- namiento del motor y un calentamiento excesivo de la parte afectada. Esto no ocurriría si la bobina estuviera en buenas condiciones ya que la tensión inducida por le zumbador no determina circulación de corriente al no existir cortocircuito.
Inversión de polaridad:
Esta falla se debe a errores en le conexionado entre los polos y se puede localizar utilizando una brújula. Para realizar el ensayo, se debe conectar el bobinado del estátor (colocado en posición horizontal) a una
Cuando la brújula cambia la dirección de su aguja dentro de la sección correspondiente a un mismo polo, es porque hay una o varias bobinas invertidas dentro del mismo polo.
Reparaciones en los motores monofásicos de fase partida.
Seguidamente vamos a tratar diversos defectos de funcionamiento que pueden presentarse en los motores monofásicos de fase partida y los métodos para reme- diarlos.
El motor no arranca.
Si al conectar el motor a la res no arranca, puede ser debido a las siguientes causas:
1) Interrupción en el arrollamiento de trabajo: Podemos detectar esta avería utilizando una lámpara serie de la forma explicada anteriormente. Si la lámpara no en- ciende indica que hay una interrupción en le arrolla- miento.
2) Interrupción en earrollamiento de arranque: Puede ubicarse la falla utilizando una lámpara serie como en el caso anterior. 26), si una vez producido el impulso
Esto se debe a que el corto puede eliminar parte del bobinado. Si el elemento de protección no interrumpe rápidamente la alimentación, pueden llegar a quemarse los bobinados.
Para no encontrarnos con este inconveniente al colocar el escudo, se lo debe centrar perfectamente y apretar los tornillos poco a poco y simultáneamente.
Si al colocar el escudo hubiéramos apretado com- pletamente el primer tornillo, luego el siguiente y así sucesivamente, el lado del escudo opuesto a los pri-
meros tornillos apretados no quedará bien ajustado sobre la carcaza.
El motor funciona a velocidad inferior a la normal. Para verificar si es esa la causa del inconveniente se procederá a realizar un control utilizando por ejemplo un zumbador.
2) El arrollamiento de arranque queda permanen- temente conectado: El síntoma de esta avería, es que el motor no alcanza su velocidad normal y se escucha un zumbido carácterístico. Percibidos los síntomas antes men- cionados que nos muestran que el arrollamiento de arranque no se desconecta, como sería lo normal, se procede de la siguiente manera: se desconecta un terminal del arrollamiento de arranque y se produce el arranque a mano del motor. Si el motor funciona normalmente tenemos la seguridad que la avería está en le circuito de arranque y en este caso es que el interruptor centrífugo no desconecta el arrollamiento de arranque en el momento debido. Esto puede ser causa de que los contactos se hayan soldado o que
En cual- quiera de los casos se reparará el interruptor centrífugo de manera adecuada, o se lo cambiará por otro nuevo. Esta avería, se ubica desarmando el motor y comprobando cual es el polo invertido mediante una brújula.
Se deberá sacar el rotor y si hay barras sueltas, se podrá ver por una simple inspección ocular. Si se conectan en serie con la bobina del zumbador, lámparas, su luz oscilará en caso de que haya barras sueltas. Localizadas dichas barras, estas deberán ser soldadas o remachadas a los aros frontales.
El motor recalienta.
Las causas más comunes para que un motor recaliente, suelen ser las siguientes:
1) Arrollamientos en cortocircuito: Como ya se explicó, un cortocircuito en los arrollamientos, determina un exce-
ENSAYO DE MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR
so de corriente, lo que trae aparejado una elevación de la temperatura. La búsqueda del arrollamiento res- ponsable, puede efectuarse mediante la utilización de un zumbador. La detección del arrollamiento respon- sable de la falla se realiza utilizando una lámpara serie en la forma explicada.
Para subsanar, se conec- tarán los dos terminales de la lámpara serie a un extremo del arrollamiento de arranque y a un extremo del arrollamiento de arranque y a un extremo del arro- llamiento de trabajo, al existir un cortocircuito entre ambos circulará corriente por la lámpara y ésta encen- derá.
Por ese motivo haremos referencia únicamente a este último detalle, a continuación describiremos algunos de los ensayos más comunes para la verificación de los condensadores.
ENSAYO DE CARGA
Se debe retirar al condensador del motor y conectarlo a una red de corriente alterna de 220 Volt, intercalando fusibles de 20 Amper tal como lo indica la figura 30. Si los fusibles no se queman, el condensador quedará cargado. Si la chispa es fuerte, es señal que el capacitor se ha cargado bien, si no salta chispa o es de pequeña intensidad, quiere decir que el condensador ha perdido su capacidad o se está en presencia de una interrupción, entonces es conveniente reemplazarlo.
ENSAYO DE CAPACIDAD
Para determinar la capacidad de un condensador en microfaradios es necesario disponer un voltímetro y
ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO
Este ensayo es realizado en la misma forma que el anterior, si el Amperímetro no da lectura alguna quiere decir que el capacitor está abierto y por lo tanto se lo
debe reemplazar.
En este ensayo, el capacitor quedará en el circuito durante unos segundos, solamente el tiempo necesario para realizar las lecturas en los instrumentos.
La capacidad del condensador se determina aplicando la siguiente fórmula:
Amperes (A) Capacidad en microfaradios = 3185
Voltios (V)
Donde A es la medida en Amper tomada en el Amperímetro y V la medida en Volt tomada en el Voltímetro.
Ejemplo: realizamos una prueba con un condensador, el amperímetro marca cuatro Amper y el voltímetro 220 Volt, de acuerdo a la fórmula anterior la capacidad en microfaradios es
3185 x 4
C = 58 microfaradios aprox.
220
ENSAYO DE CORTOCIRCUITO
Si durante el ensayo indicado en la figura 31 salta algún fusible será señal de que el condensador tiene un cortocircuito.
ENSAYO DE CONTACTOS A MASA
Se utiliza una lámpara serie. Esta operación debe repetirse con le otro terminal del condensador, la disposición de los elementos para realizar el ensayo queda perfectamente aclarada en la figura 32.
ENSAYO DE LOS ARROLLAMIENTOS
Una vez controlado el capacitor y reemplazarlo si fuera necesario, si el motor no funciona correctamente es necesario ensayar los arrollamientos. Estos son si- milares a los de una máquina de fase partida por lo tanto deben ser ensayados como si se tratase de un motor de esa clase. El ensayo de los arrollamientos comprende el control de contactos con masa, corto- circuitos o circuitos abiertos, polaridad de los arro- llamientos, tal como se indicó anteriormente.
ENSAYOS DE MOTORES UNIVERSALES
En este tipo de motores se hace necesario realizar ensayos en los campos y en el rotor, primeramente señalaremos las tareas a realizar en las bobinas de campo.
ENSAYOS EN LOS ARROLLAMIENTOS DE CAMPO
En los arrollamientos de campo, se pueden realizar los siguientes ensayos:
Ensayo de continuidad
Tal como se indica en la figura 33 para verificar la continuidad de los arrollamientos de campo se puede utilizar una lámpara serie conectando sus puntas de prueba a los terminales de la bobina en ensayo. Si la lámpara enciende significa que el arrollamiento no está interrumpido.
Ensayo de contactos a masa
La presencia de contactos entre los arrollamientos y masa puede ubicarse utilizando una lámpara serie en la forma indicada en la figura 34. Una punta de prueba hace contacto con la terminal de un arrollamiento, mientras que la otra punta de prueba se apoya sobre el núcleo del motor, si la lámpara enciende existe un cortocircuito a masa.
Ensayo de polaridad
Para determinar la polaridad correcta puede utilizarse una brújula en forma similar a los casos tratados anterior- mente. Es interesante destacar que en reemplazo de la brújula puede utilizarse un clavo en la forma señalada por la figura 35. Si el clavo mantiene la po- sición indicada, los arrollamientos mantienen polaridad correcta, en caso contrario, siendo los polos iguales el calvo es atraído por alguna de las ma- sas polares.
ENSAYO EN EL ROTOR
Los ensayos principales a realizar en el rotor son los siguientes:
Ensayo de arrollamientos abiertos
Para verificar si existen arrollamientos abiertos en le inducido se puede utilizar una lámpara serie tal como lo indica la figura 36. Si la lámpara serie no en- ciende o lo hace con poco brillo entre delgas adyacentes significa que el in- ducido tiene un arrollamientos cortado.
Ensayo de arrollamientos en corto- circuito
Este ensayo permite detectar fallas provocadas ya sea por bobinas en cor- tocircuito o bien por cortocircuito entre las delgas. Si al repetir el ensayo la tira metálica continúa vibrando le cortocircuito se encontrará en la bobina respectiva.
FIGURA 37 – PRUEBA DE CORTOCIRCUITO DE INDUCIDO. Si la lámpara enciende, indicará la existencia de un contacto a masa.
ENSAYO DE MOTORES TRIFÁSICOS
Una vez concluida la reparación o rebobinado de un motor trifásico, se hace necesario someterlo a diversos ensayos tales como: contactos con masa, circuitos abiertos, espiras en cortocircuito, inversión de po- laridad, inversión de fase completa y diferente número de bobinas por polo.
Ensayo de contactos con masa
Se utiliza una lámpara serie, si se comprueba la exis- tencia de un contacto a masa, la zona de la falla se puede ubicar moviendo las bobinas o haciendo pasar por las mismas una elevada corriente para observar chispas en le punto defectuoso.
Ensayo de circuitos abiertos
Mediante una lámpara serie se comprueba la con- tinuidad, si dicha lámpara no enciende se deja un terminal de la lámpara sobre la entrada de los arro- llamientos y se hace contacto sucesivo con la otra punta de prueba sobre los puentes de uníón entre los distintos polos. La bobina anterior al encendido de la lámpara será la que tiene una interrupción.
Ensayo de espiras en cortocircuito
Para determinar la presencia de espiras en corto- circuito, se puede utilizar un zumbador en igual forma a la indicada en casos anteriores. También es posible detectar la falla haciendo funcionar al motor un cierto tiempo controlando luego en forma manual la tem- peratura.
Ensayo de inversión de polaridad
Para realizar este ensayo se tendrá en cuenta que la inversión de polaridad puede presentarse en las bo- binas que forman un polo o en la fase completa.
1) Inversión en las bobinas: Puede ocurrir que al conectar las distintas bobinas de un polo, una de ellas quede invertida. Para detectarla se acude a una brújula que mostrará un movimiento vacilante al pasar frente a dicho polo.
3) Inversión de fase completa: Debemos recordar que para obtener el campo giratorio, los principios de las tres fases deben estar desfasados 120º, si cometemos el error de conectar una de las fases invirtiendo su principio y final no se cumplirá el defasaje correcto. Para subsanar el inconveniente, se realiza una ins- pección invirtiendo la conexión equivocada.
DIFERENTE NÚMERO DE BOBINAS POR POLO
Es evidente que para lograr un campo giratorio uniforme, es imprescindible que cada uno de los polos tenga igual cantidad de bobinas por fase. Por error de conexionado, un polo puede tener más bobinas que otro, para localizar esa falla pueden contarse la cantidad de cabezas de bobina en cada polo.
AVERÍAS MÁS COMUNES EN MOTORES TRIFÁSICOS
A continuación indicaremos las fallas más comunes que presentan los motores trifásicos, agregando a- demás un comentario sobre las causas que pueden determinarlas. Por supuesto que no todas las causas serán comentadas ya que muchas de ellas fueron tratadas con anterioridad.
EL MOTOR NO ARRANCA
Generalmente esta falla es producida por alguna de las siguientes causas: fusible quemado, cojinetes gastados, sobrecarga, interrupción en alguna fase, bobina o grupo en cortocircuito, barras del rotor flojas,
conexiones internas equivocadas, cojinetes agarro- tados y arrollamiento con contacto a masa.
EL MOTOR FUNCIONA MAL
El funcionamiento anormal del motor, puede deberse a: fusible quemado, cojinetes gastados, fase invertida, interrupción en alguna de las fases, arrollamiento en contacto con la masa, barras del rotor flojas.
EL MOTOR FUNCIONA DESPACIO
Las causas principales pueden ser: bobina o grupo invertido, cojinetes desgastados, sobrecarga, fase invertida y barras del rotor flojas.
EL MOTOR CALIENTA MUCHO
Este síntoma puede deberse a los siguientes motivos: sobrecarga, cojinetes gastados o agarrotados, bobinas o grupo en cortocircuito, interrupción en alguna fase y barras del rotor flojas.
Seguidamente analizaremos algunas de las fallas citadas que no fueron tratadas en su oportunidad.
Fusibles quemados
Si durante la marcha del motor se quema uno de los fusibles, la máquina continúa funcionado como mo- nofásico, pero su marcha se hace ruidosa, pierde potencia y sus arrollamientos se calientan excesiva- mente.
Interrupción en una fase
Los síntomas son idénticos al caso de un fusible que- mado.
Cojinetes desgastados
Si los cojinetes están gastados, el rotor puede rozar contra el estátor produciendo mucho ruido durante la
marcha de la máquina. Si ese movimiento es posible, es evidente que los cojinetes están desgastados, se los debe reemplazar.
Cojinetes agarrotados
Por una falla de lubricación en los cojinetes, se produce un aumento de temperatura que determina la dilatación del eje del motor. Si el calentamiento es excesivo, los cojinetes pueden llegar a soldarse al eje impidiendo por completo su movimiento.
COMO CALCULAR EL BOBINADO PARA UN MOTOR MONOFÁSICO
Supongamos que un pequeño motor monofásico debe ser rebobinado, pero ocurre que le han quitado todos los arrollamientos. Esto hace necesario diseñar un nuevo bobinado para lo cual se procederá como sigue.
1) Se observará la placa de carácterísticas del motor obteniéndose por ejemplo los siguientes datos:
Potencia 1/20 HP – Tensión 220v – Frecuencia 50 c/s- Velocidad 1450 r.P.M. En
caso de no contar con la plaqueta de carácterísticas, la máxima potencia que puede obtenerse del estátor se calcula con la siguiente fórmula:
diámetro x diámetro x ancho x velocidad
Potencia =
2) Cálculo del flujo por polo: Debemos determinar la magnitud del flujo que puede conducir sin saturarse el hierro entre la base de las ranuras y la cara exterior del estátor. Este flujo se calcula con la siguiente fórmula con la siguiente fórmula:
Nro de espiras =
27 x tensión x 1.000.000 frecuencia x flujo por polo
que en nuestro ejemplo resulta ser
27 x 220 x 1.000.000
Nro de espiras = = 1.200
50 x 98.400
por lo tanto la cantidad total de espiras de los arrollamientos de trabajo será 1200, correspondiendo a cada uno de los polos, 300 espiras por tratarse de una máquina tetrapolar. En nuestro caso, el número de espi- ras de arranque será 150 por polo ya que un polo de
trabajo posee 300 espiras.
5) Cálculo del diámetro de los alambres: Para calcular el diámetro del alambre a utilizar para el arrollamiento de trabajo, es necesario conocer el valor de la corriente requerida por el motor. Este dato se obtiene en base a
Se aplica la siguiente fórmula práctica:
1800 x Potencia
Intensidad =
en nuestro caso resulta ser
tensión
1800 x 1/20
Intensidad = = 0,4 Amper
220
Para no producir recalentamiento en los bobinado, se aconseja no sobrepasar los tres Amperes por milímetro cuadrado, por lo tanto la sección será en nuestro caso:
corriente en los arrollamientos de trabajo
Sección =
3
0,4
Sección = = 0,13 mm2
3
Conocida la sección del conductor, podemos conocer el diámetro valíéndonos de la tabla contenida en la figura 41, dado que 0,13 no figura en la columna
«Sección m/m²» elegimos el valor inmediato superior, o sea, 0,1590 al que corresponde un diámetro de 0,45 mm.
COMO CALCULAR EL BOBINADO PARA UN MOTOR TRIFÁSICO
Como en el caso anterior, debemos suponer que un motor trifásico debe ser rebobinado, si éste no posee sus arrollamientos, será necesario diseñar un nuevo bobinado para el cual se procederá como sigue:
1) Se observará la placa de carácterísticas del motor obteniéndose los siguientes datos:
Potencia H.P.
En caso de no contar con la plaqueta de carácterís- ticas, la máxima potencia que puede obtenerse del
estátor, se calcula utilizando la misma fórmula que en los mo-torés monofásicos.
2) Cálculo del flujo por polo: Se utiliza la misma fórmula que en otros motores monofásicos,
Flujo = 24.000 x 1 x 8 = 192.000
Si suponemos que los valores de B y ancho son respectivamente 1 cm y 8 cms, el flujo resultará ser
Flujo = 24.000 x 1 x 8 = 192.000
Una vez calculado el flujo por polo, pasamos a deter- minar la
3) Cantidad de espiras por fase: Aplicamos una fórmula similar al caso anterior,
Nro de espiras por fase =
en nuestro caso
Por tratarse de un motor de seis polos, tendremos seis bobinas por fase.
Si el número de espiras por fase es 618, cada bobina estará formada por 103 espiras.
4) Cálculo del diámetro del alambre: Para calcular el diámetro del alambre a utilizar, se hace necesario conocer el valor de la corriente requerida por cada fase del motor, prácticamente esta corriente puede calcu- larse con la siguiente fórmula:
600 x Potencia
Intensidad por fase =
tensión de fase
600 x 1/2
Intensidad por fase = = 1,4 Amper
220
Con el fin de no producir recalentamiento en los bo- binados, se mantiene el límite de tres Amperes por milímetro cuadrado de sección, por lo tanto la sección es:
Intensidad por fase =
600 x Potencia tensión de fase
EJERCICIOS DE Autoevaluación BOBINADOS – Envío 5
1) En el bobinado de motores eléctricos
A) Todas las ranuras pueden quedar libres
( )
B) Algunas ranuras pueden quedar libres
( )
2) Los bobinados más comunes en las máquinas eléctricas son del tipo
A) Concentrados
( )
B) Distribuidos
( )
3) Los bobinados de barras se usan en estátores que trabajan
A) Con tensiones bajas
( )
B) Con tensiones altas
( )
4) En las máquinas multipolares, durante toda una vuelta del campo magnético se cumple
A) Un ciclo de corriente inducida
( )
B) Más de un ciclo de corriente inducida
( )
5) En los bobinados trifásicos imbricados de dos capas, los dos lados de bobina están ubicados
A) En la parte superior de las ranuras
( )
B) Un lado se ubica en la parte inferior de una ranura y el otro lado en la parte superior de otra ranura
( )
6) Los bobinados de rotor imbricados son para máquinas
A) De baja potencia
( )
B) De alta potencia
( )
7) En lo posible, los ensayos sobre motores de fase partida deben realizarse
A) antes de barnizar el motor
( )
B) después de barnizar el motor
( )
8) Al controlar un estátor con un zumbador, si la lámina metálica vibra
A) Existen espiras en cortocircuito
( )
B) No existen espiras en cortocircuito
( )
9) Si el arrollamiento de arranque de un motor de fase partida está interrumpido
A) El motor arranca lentamente
( )
B) El motor no arranca
( )
10) Si al realizar el ensayo del capacitor de arranque de un motor, los fusibles se queman
A) El capacitor está abierto
( )
B) El capacitor está en cortocircuito
( )
11) Si durante la marcha de un motor trifásico se quema uno de sus fusibles
A) El motor se detiene
( )
B) El motor funciona ruidosamente
( )
12) Por una falta de lubricación el sobrecalentamiento de los cojinetes
A) Pueden detener la marcha del motor
( )
B) No pueden detener la marcha del motor
( )