Maquinas Electricas

100 Unidad 3

ACTIVIdAdES FINALES

1. Di cuál es la relación de transformación de cada uno de estos transformadores.

A B C D

230 V 48 V 1100 esp 0,6 A

345 esp 3,5 A

12 V 230 V

2. Un transformador dispone de 4 bobinas para el devanado primario y 4 para el secundario, cuyos termina-
les homólogos están marcados con un punto. En el primer caso cada bobina está diseñada para trabajar a
50 V y en el segundo a 25 V. Fíjate en las diferentes conexiones que se han realizado en los esquemas de
la figura y di qué tensión habrá que aplicar al primario (U-V) y cuál es la que se obtendrá en el secundario
(u-v) en cada uno de los casos.

AU 50 V 50 V V BU V 50 V 50 V
50 V 50 V 50 V 50 V

25 V 25 V 25 V 25 V 25 V 25 V 25 V 25 V
u 50 V 50 V v u 50 V v
V
CU V DU 50 V 50 V
50 V 50 V 50 V

25 V 25 V 25 V 25 V 25 V 25 V 25 V 25 V
u v u v

3. Realiza los cálculos para construir un transformador monofásico con las siguientes características:

Potencia V1 V2 Frecuencia Tipo de chapa
200 VA 230 V 48 V 50 Hz Grano orientado 0,35 mm

Datos a calcular:

datos generales datos empíricos devanados Secundario
(tomados de tablas) Primario
Ventana de carrete Rendimiento
Número de chapas Densidad Espiras
Grosor de la chapa Inducción Diámetro de hilo
Columna de la chapa Pérdidas en el Cu Corriente
Rela. de transformación (m) Factor apilamiento

4. Si en el taller dispones de un carrete cuya ventana es de 36 de ancho por 50 de alto, ¿qué potencia se
puede obtener para un transformador monofásico construido sobre este carrete? Realiza el cálculo com-
pleto sabiendo que las chapas son de 0,5 mm de grano no orientado. Anota los resultados en una tabla
similar la de la actividad anterior.

Transformadores 101

5. Construye el transformador monofásico propuesto en la práctica profesional número 1 y realiza las com-
probaciones indicadas en la práctica número 2.

6. En un transformador trifásico se han diseñado las bobinas de cada una de las columnas para 135 V en el
primario y 30 V en el secundario. Di a qué tensión de línea debe conectarse el primario y qué tensión se
obtendrá en el secundario si se realizan las siguientes configuraciones:

a) Estrella-Estrella c) Triángulo-Estrella
b) Estrella-Triángulo d) Triángulo-Triángulo

¿Qué potencia se consigue en cada una de ellas si por cada columna se tienen 150 VA?

7. Construye el transformador trifásico de la práctica profesional número 3.

8. Realiza los cálculos para construir un transformador trifásico con las siguientes características:

Potencia V1 V2 Frecuencia Tipo de chapa Conexión
1 000 VA 600 V 100 V 50 Hz Estrella-Triángulo
Datos a calcular: Grano orientado de 1,7 T
0,35 mm

datos generales datos empíricos devanados Secundario
(tomados de tablas) Primario
Ventana de carrete Rendimiento
Número de chapas Tensión por fase
Grosor de la chapa Densidad Corriente por
Columna de la chapa fase
Rela. de transformación (m) Inducción Espiras
Pérdidas en el Cu Diámetro de hilo
Factor apilamiento

entra en internet

9. Entra en Internet y busca información y catálogos de transformadores de gran potencia y distribución.
Contesta a las siguientes preguntas:
a) ¿Cuáles son las potencias normalizadas para este tipo de transformadores?
b) ¿Cuáles son los sistemas de refrigeración habituales?
c) ¿Son todos de tipo reductor?
d) ¿Cuál es su clasificación según el número de fases con el que trabajan?
e) ¿Qué se utiliza para hacer la conexión de los devanados con el exterior?
f) ¿Qué es un relé de Buchholz?

102 Unidad 3

HERRAMIENTAS PRÁCTICA PROFESIONAL 1

• Herramientas básicas del electricista construcción de un transformador
• Bobinadora manual monofásico
• Accesorios de bobinadora
• Devanador OBJETIVO
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Taladro Calcular y montar un transformador monofásico de baja potencia.
• Broca del diámetro del eje de la bo-
PRECAUCIONES
binadora
• Peladora de hilo esmaltado. • Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
• Limas de madera dad dictadas por tu profesor.
• Calibre y micrómetro
• Utiliza gafas y guantes para realizar las operaciones de corte y taladrado.
MATERIAL • El bobinado de las espiras en el carrete se debe hacer de forma cuidadosa, ya

• Taco de madera de 33x33 mm que de lo contrario podría ocurrir que no se pudieran alojar los dos devanados
• Carrete de ventana 33x33 mm en el carrete.
• 94 chapas magnéticas E
• 94 chapas magnéticas I DESARROLLO
• Hilo esmaltado de 0,35 mm
• Hilo esmaltado de 0,45 mm El montaje que se va a realizar en esta práctica profesional se basa en el ejemplo
• Tubo flexible de diferentes diámetros de cálculo del transformador monofásico realizado en esta unidad. Por tanto,
• Regletas de conexión es importante que conozcas con detalles cómo se han realizado dichos cálculos
• Aislantes flexibles laminados para así identificar cada una de las variables que se van a utilizar.
• Cinta aislante o de carrocero
Cálculo del transformador
1.Toma nota de los datos y resultados que vas a necesitar para realizar el monta-

je de transformador según los cálculos del ejemplo de la unidad.

datos generales devanado primario devanado secundario
Frecuencia de 50 Hz V1 de 230 V V2 de 100 V
Ventana de carrete (AxH) de 33 x 33 mm 913 espiras 397 espiras
Tipo de chapa de grano orientado
Número de chapas E/I: 94 (de cada) Diámetro de hilo de 0,35 mm Diámetro de hilo de 0,5 mm
Grosor de la chapa de 0,35 mm
Columna de la chapa de 33 mm

Preparación de materiales

2. Mide el cuerpo del carrete con un calibre. Con ese acho corta varias tiras del material aislante flexible. La longitud
debe ser, por lo menos, 10 cm mayor que el perímetro de la ventana del carrete.

Transformadores 103

Las siguientes figuras muestran las características del carrete y de la cinta aislante:

deCl ucearrpreote

Cuerpo
del carrete

a Figura 3.52. Medida para cortar las tiras de papel aislante.

3. Corta un taco de madera de la longitud del carrete. Si es necesario, utiliza las limas para adaptarlo a las dimen-
siones de la ventana del carrete.

4. Por el lado que corresponde al del área de la ventana del carrete, marca el centro y taládralo longitudinalmente
con una broca del diámetro del eje de tu bobinadora.

AH

Diámetro deCl ucearrpreote
del eje

de bobinadora

a Figura 3.53. Taco de madera para el interior del carrete.

5. Inserta el taco en el interior del carrete. Fija el conjunto carrete/taco al eje de la bobinadora. Para ello utiliza platos
roscados. Es importante que quede perfectamente fijado para evitar que gire libremente y resbale cuando se esté
haciendo la operación de bobinado.

00000

Carrete montado
en el eje de la
bobinadora

a Figura 3.54. Acople entre el taco de madera y el carrete.

Montaje del devanado primario

6. Monta el carrete de hilo de 0,35 en el devanador y pásalo por el tensor de la devanadora como se ha indicado
en unidades anteriores. Más tarde inserta un tramo de tubo o macarrón aislante por la punta del hilo esmaltado.
Pásalo por uno de los orificios de las caras laterales de carrete de forma que el hilo esté cubierto unos centímetros
en el interior. El tramo del hilo que sale fuera del carrete debe tener entre 15 y 20 cm para que las conexiones
posteriores se puedan hacer con holgura.

7. Colocando a cero el contador de vueltas de la bobinadora, comienza con el bobinado del devanado primario.

104 Unidad 3

PRÁCTICA PROFESIONAL 1 (cont.)

Es importante que todas las espiras queden bien juntas para aprovechar al máximo el espacio en el carrete.
Procura que ningún hilo se monte sobre otra espira y que no queden huecos entre ellas.

Hilo esmaltado
Macarrón

aislante

a Figura 3.55. Inicio del bobinado primario. a Figura 3.56. Ejemplo de colocación de
espiras en un devanado de transformador.

8. Completa la primera capa del devanado primario y anota en un papel el número de espiras que tiene. A con-
tinuación, toma una de las tiras de papel aislante que cortaste en uno de los pasos anteriores y cubre toda la
capa de forma que el papel de un extremo se solape sobre el otro como medio centímetro. Coloca en dicha
unión un poco de cinta aislante o cinta de carrocero para evitar que se suelte. Una vez que hayas dado varias
vueltas del hilo en la nueva capa podrás retirar la cinta, ya que el propio hilo evitará que se suelte.

Cinta adhesiva

d Figura 3.57. Fijación de Papel
papel aislante entre capas aislante
del devanado.

9. Continúa el bobinado de la siguiente capa. En este caso, el bobinado debe hacerse de izquierda a derecha en
el carrete. Así procederemos cada vez que finalicemos una nueva capa. Es habitual que la última capa de un
devanado no ocupe todo el cuerpo del carrete, en ese caso debes finalizar en el lugar que le corresponda y
atravesar el hilo hasta una de las ranuras próximas al lugar en el que se comenzó.

10. Corta con una tijera el hilo procedente de la devanadora, la longitud de esta terminación debe ser similar a la
anterior, entre 15 y 20 cm. De igual forma que en el terminal de inicio, debes proteger el hilo esmaltado con un
macarrón aislante. Ten en cuenta que los dos terminales de un devanado deben salir por el mismo lado de carrete.

d Figura 3.58. Terminación
del devanado primario.

11. Cubre con papel aislante la última capa de este devanado, retira el carrete de 0,35 mm del devanador y coloca
el de 0,45, enhebrando el hilo en el tensor.

Montaje del devanado secundario

12. El devanado secundario podría comenzarse y terminarse por una cara diferente al del primario. Esto dependerá
de cómo se desee configurar su caja de bornes externa. Aquí se ha optado por sacar los dos devanados por el
mismo lado de carrete.

13. Realiza todos los pasos vistos anteriormente y recuerda poner a cero el contador de espiras de la bobinadora y
anotar en un papel cuántas se han dado por capa.

Transformadores 105

14. Evita que queden hilos cruzados y montados en las capas y que el papel aislante no tenga arrugas o dobleces.
Ten la precaución de realizar el devanado secundario en el mismo sentido y orden que el primario. De esta for-
ma los terminales homólogos corresponderán a los que están representados en la figura siguiente.

c Figura 3.59.
Devanados terminados.

15. Cierra con papel aislante el devanado secundario. Para ello puedes utilizar cinta adhesiva o pegamento de barra
aplicado en el lugar en el que se solapa el papel aislante. Afloja los platos roscados de la bobinadora y saca el
carrete del eje.

Enchapado del transformador
16. Prepara las chapas del transformador e insértalas en el interior del carrete. Primero debes colocar una chapa E

por el lado izquierdo y una I por el derecho. Después inviertes el orden de inserción, es decir, una chapa I por el
lado derecho y otra E por el izquierdo. Esta alternancia en la inserción de chapas, permitirán que las de un tipo
queden entrelazadas con las del otro y así formar un núcleo lo más compacto posible.

Chapa I 4 12 3
Chapa E
a Figura 3.60. Orden de inserción. Orden de inserción

17.Una vez insertadas todas las chapas en la ventana del carrete, coloca los tornillos, convenientemente aislados, en
el interior de los orificios. Apriétalos para que el conjunto no vibre cuando sea alimentado. Finalmente, utilizando
la peladora de hilos esmaltado, retira el barniz de los terminales que salen fuera del transformador. A continua-
ción, conéctalos a un grupo de regletas como se muestra en la figura.

Secundario
Primario

a Figura 3.61. Transformador completamente terminado.

18.El transformador está terminado y listo para ser comprobado como se indica en la siguiente práctica profesional.

106 Unidad 3

PRÁCTICA PROFESIONAL 2

HERRAMIENTAS comprobación y ensayo
de un transformador monofásico
• 2 voltímetros
• 2 amperímetros o 1 pinza amperimé- OBJETIVO

trica Comprobación y ensayo del transformador monofásico construido en la práctica
• Vatímetro de baja potencia profesional anterior.
• Medidor de aislamiento
• Autotransformador regulable (Va- PRECAUCIONES

riac) • No manipules los instrumentos de medida ni sus conexiones con el circuito en
• Polímetro con sonda de temperatura tensión.
• Módulo de carga regulable
• Utilizando el medidor de aislamiento (Megger) no debes tocar la parte metáli-
MATERIAL ca de las puntas de prueba en el momento de hacer la medida, ya que inyecta
altas tensiones (1000 V) en el circuito a comprobar.
• El transformador monofásico monta-
do en la práctica anterior o cualquier
otro que se desee comprobar

• Cables de conexión para instrumen-
tos de medida

• Lámparas de 230 W de diferente po-
tencia para atizarlas como carga

DESARROLLO

Prueba de vacío

1. Sobre el transformador construido en la práctica profesional anterior monta el circuito necesario para realizar el
ensayo de vacío según el esquema de la siguiente figura.

Tensión del Intensidad del Pérdidas en Tensión del secundario
primario primario el hierro PFe (en vacío)

100 10 20 100

V 250 A 0,5 W V 250
500 500

0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo
Editex Editex Editex Editex
A
V

230 Vca

L
N

Primario Secundario

Transformador
a Figura 3.62. Montaje a realizar para la prueba de vacío.

Nota. Para medir la corriente puede utilizarse una pinza amperimétrica en lugar de un amperímetro.

Transformadores 107

2. Anota los valores obtenidos en la siguiente tabla:

Magnitud Tensión Tensión Potencia en vacío. Corriente Relación
a medir del primario de transformación
del primario V1 del secundario V2 Pérdidas en el hierro
Valor

Prueba de carga

Esta prueba solamente se puede realizar si se dispone de la carga adecuada para conseguir la potencia máxima del
transformador. En el taller de pruebas esto solamente es posible si el transformador es de baja potencia. Aquí se
propone la utilización de cargas de tipo resistivo como pueden ser varias lámparas conectadas en paralelo hasta
conseguir la potencia adecuada. No obstante, sería interesante que la comprobación se realizara con receptores con
componente inductiva, como pueden ser motores monofásicos. No obstante, existen módulos didácticos de carga
que pueden ser empleados de forma óptima para esta prueba.

3. Realizar el montaje siguiendo el esquema del ensayo en carga visto en la unidad.

Tensión del Intensidad del Tensión del Intensidad del
primario primario secundario secundario

100 10 100 10

V 250 A 0,5 V 250 A 0,5
500 500

0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo
Editex Editex Editex Editex

Carga

230 Vca

L
N

Primario Secundario

Transformador

a Figura 3.63. Montaje a realizar para el ensayo en carga.

4. Conectar varias lámparas de 230 V en paralelo hasta conseguir la potencia máxima del transformador, alimentar
el circuito con corriente alterna y dejarlo funcionado 2 ó 3 minutos. Anota los resultados en la siguiente tabla y
deducir los que correspondan.

Magnitud Tensión Tensión Caída de tensión Corriente Corriente Relación
a medir del del del secundario del del de
o deducir tomando el valor
primario secundario de V2 del ensayo primario secundario transformación
Valor V1 V2 I1 I2
de vacío m = I1
I2

108 Unidad 3

PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)

Prueba de cortocircuito
5. Realizar el montaje siguiendo el esquema del ensayo en cortocircuito visto en la unidad.

VARIAC JCMC Tensión del Intensidad Pérdidas en Corriente de
primario del primario el cobre Pcu cortociruito
J.C.M.Castillo
100 10 20 10

V 250 A 0,5 W A 0,5
500
Editex
II

0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo 0 J.C.M.Castillo
Editex Editex Editex Editex
A
V

|||||||||||||||||| editex |||||||||||||||||| V L
N
50 0
Primario
||||||||||||||||||| Secundario

0 100
||||| ||||

Variac

Transformador

a Figura 3.64. Montaje a realizar para el ensayo en cortocircuito.

6. Conecta un amperímetro en el secundario, que equivaldría a colocarlo en cortocircuito.

Nota. Si utilizas una pinza amperimétrica, debes conectar un cable entre los dos bornes del secundario y tomar
la medida sobre él.

7. Conecta un voltímetro, un amperímetro y un vatímetro en el primario de forma similar a la prueba de vacío rea-
lizada antes y conecta, también, los bornes de alimentación a la salida de un Variac.

8. Antes de conectar el conjunto a la red eléctrica de alimentación, asegúrate de que el autotransformador está
en su mínimo valor de tensión (0 V). Alimenta el Variac y aumenta lentamente el valor de tensión del primario,
observa el valor marcado por el amperímetro del secundario hasta llegar a su valor nominal. Recuerda que la
tensión de cortocircuito en forma porcentual debes calcularla según la expresión vista en la unidad.

9. El vatímetro indica las pérdidas en el cobre, ya que alimentando el transformador con una tensión reducida, la
inducción del núcleo es tan pequeña que las pérdidas en el hierro se desprecian.

Magnitud a medir o a deducir Valor
Tensión del primario VCC
Tensión de cortocircuito VCC (%) vCC = VCC ⋅ 100 (%)
Recuerda que V1 es la tensión nominal para la que ha sido diseñado el transformador. V1

Corriente del primario I1
Corriente del secundario I2 (corriente de cortocircuito)
Medidas del vatímetro. Pérdidas en el cobre (PCu)

Transformadores 109

Medida de aislamiento

10. Retira todos los instrumentos y conexiones realizados en las pruebas anteriores, puentea los bornes del deva-
nado primario con un hilo de 1,5 mm2. Haz lo mismo con los bornes del devanado secundario. Finalmente,
conecta las puntas de prueba del medidor de aislamiento.

11. Realiza la medida según se indica en las instrucciones del instrumento y anótala en la tabla, mantén una punta
de prueba en el puente del devanado primario y conecta la otra a un punto metálico del núcleo que no esté
aislado. Para asegurarte de que la continuidad en dicho punto es buena, utiliza una lima pequeña o lija para
retirar cualquier partícula de esmalte o pintura que pueda tener el transformador.

Seguridad. Recuerda que no debes tocar las puntas de prueba cuando estás realizando la medida, ya que en
ellas se presenta una tensión elevada.

12. Realiza la misma comprobación para el otro devanado respecto al núcleo.

Medidor de aislamiento Medidor de aislamiento

MOD. J.C.M.C 2012 Primario Secundario MOD. J.C.M.C 2012 Primario Secundario

2500 V 2500 V
1000 V 1000 V
500 V 500 V
600 V 600 V

Off Off

Transformador Transformador

a Figura 3.65. Medida de aislamiento entre devanados, y entre devanados y núcleo magnético.

13. Anotemos los resultados en ambos casos.

Tipo Aislamiento Aislamiento entre Aislamiento entre
de medida entre devanados el primario y el núcleo el secundario y el núcleo

Valor

Otras comprobaciones

A) Medida de temperatura

14. Coloca un termómetro o la sonda de temperatura de un polímetro junto al núcleo.

15. Conecta el transformador a plena carga y mantén este modo de funcionamiento durante 5 minutos. Anota los
valores máximos conseguidos para la temperatura. Una vez hecho lo anterior, coloca el termómetro o la sonda
de temperatura junto a los devanados del transformador.

16. Realiza la comprobación nuevamente durante 5 minutos y anota los resultados.

B) Comprobación de ruido y vibraciones

17. Durante el tiempo que dura la comprobación de temperatura escucha si el transformador emite un ruido
excesivo. Comprueba también los tornillos que fijan las chapas por si alguno no estuviera los suficientemente
apretado.

110 Unidad 3

HERRAMIENTAS PRÁCTICA PROFESIONAL 3

• Herramientas básicas del electricista construcción de un transformador
• Bobinadora manual trifásico
• Accesorios de bobinadora
• Devanador OBJETIVO
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Taladro Calcular y montar un transformador trifásico de baja potencia.
• Broca del diámetro del eje de la bo-
PRECAUCIONES
binadora
• Peladora de hilo esmaltado. • Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
• Limas de madera dad dictadas por tu profesor.
• Calibre y micrómetro
• Polímetro • Utiliza gafas y guantes para realizar las operaciones de corte y taladrado.
• El bobinado de las espiras en el carrete se debe hacer de forma cuidadosa, ya
MATERIAL
que de lo contrario podría ocurrir que no se pudieran alojar los dos devanados
• Hilos esmaltados del diámetro fijado en el carrete.
• Taco de madera del tamaño de la
DESARROLLO
ventana del carrete
• Tres carretes del tamaño de la venta- El montaje que se va a realizar en esta práctica profesional se basa en el ejem-
plo de cálculo del transformador trifásico realizado en la unidad, pero en este
na obtenida en el cálculo caso con la conexión del secundario en triángulo. Por tanto, es importante que
• Número de chapas magnéticas E/I conozcas con detalles cómo se han realizado dichos cálculos para así identificar
cada una de las variables que se van a utilizar.
obtenidas en el cálculo
• Tubos flexibles de diferentes diáme-

tros
• Regletas de conexión
• Aislantes flexibles laminados
• Cinta aislante o de carrocero

1. Toma nota de los datos y resultados que vas a necesitar para realizar el montaje de transformador según los cálculos
del ejemplo de la unidad.

datos generales devanado primario devanado secundario
Conexión Estrella-Triángulo V1 de 400 V V2 de 100 V
Potencia de 300 VA
Frecuencia de 50 Hz 752 espiras por bobina 183 espiras por bobina
Ventana de carrete (AxH) de 35 x 35 mm Diámetro de hilo de 0,45 mm Diámetro de hilo de 0,8 mm
Tipo de chapa de grano orientado
Número de chapas E/I: 100 (de cada)
Grosor de la chapa de 0,35 mm
Columna de la chapa de 33 mm

Transformadores 111

2. Recuerda los pasos realizados en la práctica profesional para la construcción de un transformador monofásico.
Construye de esa manera los devanados de las tres columnas del transformador e introduce las chapas en las
ventanas de los tres carretes.

3. Sigue el mismo sistema que para el transformador monofásico, es decir, coloca una chapa E por el lado derecho
y una I por el izquierdo. Después invierte el orden de inserción, es decir, una chapa I por el lado derecho y otra E
por el izquierdo. Esta alternancia en la inserción de chapas permitirá que las de un tipo queden entrelazadas con
las del otro formando así un núcleo lo más compacto posible.

32 14

a Figura 3.66. Colocación de las chapas en un transformador trifásico.

4. Aprieta los pernos de unión entre chapas para que el conjunto quede lo más compacto posible y sin holguras. No
olvides cubrirlos con un material aislante (tubo flexible o funda termoretráctil) para evitar que toque las chapas.
Después, etiqueta adecuadamente cada uno de los terminales de los devanados.

1U1 1U2 2U1 2U2 1V1 1V2 2V1 2V2 1W1 1W2 2W1 2W2

a Figura 3.67. Etiquetado de los terminales.

5. Utilizando la peladora de hilo esmaltado retira unos 50 mm del aislante en cada uno de los terminales y coloca
regletas o bornes de conexión en cada uno de ellos.

6. Une con puentes los terminales finales de cada una de las bobinas para hacer la conexión estrella entre ellos. A
continuación, extrae tres hilos para el primero y otros tres para el secundario.

Primario
1U1
1U2
2U1
2U2
1V1
1V2
2V1
2V2
1W1
1W2
2W1
2W2

Secundario

a Figura 3.68. Conexión de terminales.

7. Conecta los bornes del primario a una red de 400 V y, con un voltímetro, comprueba la tensión en los bornes del
secundario.

112 Unidad 3

MUNDO TÉCNICO

otros tipos de transformadores

Transformadores de medida
Son transformadores utilizados en instalaciones en las que se trabaja con valores de tensión y corriente muy elevados,
y en las que es necesario realizar medidas exactas de valores seguros.
Pueden ser de dos tipos, de tensión y de corriente.
• De tensión. Son similares a los transformadores de alimentación vistos en la unidad, están diseñados para conectar

a su devanado secundario un instrumento de medida voltimétrico y separarlo galvánicamente del circuito principal.
• De corriente. Permiten adaptar los niveles de corriente a valores medibles y seguros. Disponen de un devanado

primario que se conecta en serie con la carga. Este puede tener forma de bobina, barra o ser el propio cable por
el que circula la corriente a medir.
En ambos casos, se debe tener en cuenta la relación de transformación para elegir adecuadamente el instrumento de
medida. Algunas relaciones de transformación normalizadas son 75/5, 100/5, 200/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 5000/5,
etc. Así, si se elige un transformador de medida con una relación de transformación de 200/5, implica que por cada 5
unidades medidas por el instrumento, tenemos 200 reales en la instalación.

a Figura 3.69. Transformador de corriente de a Figura 3.70. Transformador
ventana (Cortesía de Siemens / Circuitor). de corriente de barra pasante
(Cortesía de Circuitor).
Transformadores de aislamiento

Son también denominados de seguridad o separadores. En este tipo de transformadores no es importante reducir
o elevar tensión, ya que su misión es separar galvánicamente el circuito del usuario del de la alimentación principal.
Suelen disponer de una relación 1/1, aunque existen modelos con otras relaciones de transformación.

L1 L1’

230 V 230 V Al circuito
de usuario

d Figura 3.71. N N’
Transformador PE
de aislamiento
a Figura 3.72. Esquema de conexión de un transformador
(Cortesía de de aislamiento.
c2ei).

Se utilizan en lugares que requieren garantizar al máximo la seguridad de las personas, por ejemplo, en laboratorios,
instalaciones médicas o barcos. No obstante, también se utilizan en instalaciones en las que queremos acondicionar la
red eléctrica evitando las perturbaciones del circuito principal, por ejemplo, en sistemas informáticos para el tratamien-
to de datos, instalaciones de sonido profesional, instalaciones de instrumentación médicas, etc.

Transformadores 113

EN RESUMEN

TRANSFORMAdORES

Conceptos iniciales Clasificación de los transformadores
Relación de transformación Por nivel de tensión
Por número de fases de alimentación
Pérdidas de los transformadores Por su construcción
Terminales homólogos

Materiales constructivos de los transformadores

Cálculo de transformadores

Construcción de transformadores
(monofásicos y trifásicos)

Ensayo y comprobación

EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas

1. Las pérdidas en el hierro son debidas a: 3. La potencia de un transformador se define según:
a. la sección del conductor.
a. la resistencia de los devanados. b. el número de espiras del secundario.
c. la sección del núcleo.
b. las corrientes de Foucault.

c. la histéresis magnética.

d. la tensión de cortocircuito. 4. Si en un transformador triásico se sabe que la
potencia por columna es de 100 VA, la potencia
2. Cuanto mayor es la potencia de un transforma- total es:
dor, su rendimiento es menor.

a. Verdadero. b. Falso. a. 100 · 3 b. 100 · 3 c. 100 / 3

Máquinas rotativas

4 de corriente continua

vamos a conocer...

1. Principio de funcionamiento de máquinas
de corriente continua

2. Constitución de máquinas de corriente
continua

3. Tipos de conexión entre devanados
4. Devanados en máquinas de corriente continua
PRÁCTICA PROFESIONAL 1

Desmontaje de una máquina rotativa
de corriente continua
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Bobinado del devanado de excitación
de una máquina de corriente continua
PRÁCTICA PROFESIONAL 3
Bobinado del inducido de una máquina
de corriente continua
PRÁCTICA PROFESIONAL 4
Comprobación de inducidos
MUNDO TÉCNICO
Equilibrado de máquinas rotativas

y al finalizar esta unidad...

Conocerás cuál es el principio de funcionamiento
de las máquinas de corriente continua.
Identificarás los elementos que forman los
circuitos magnéticos y eléctricos de estas
máquinas.
Diseñarás diferentes tipos de devanados de
inducidos.
Representarás gráficamente los diferentes tipos
de devanados de las máquinas de corriente
continua.
Construirás devanados de excitación y del
inducido de una máquina de corriente
continua.
Comprobarás el correcto funcionamiento de
los diferentes tipos de devanados.

115

situación de partida CASO PRÁCTICO INICIAL

La empresa MantenExpress ha recibido un encargo para repa- bornes que están etiquetados como A-B y no han obtenido nin-
rar un motor instalado en una antigua máquina de transporte guna medida. Después de sacar las escobillas y comprobar que
de chapa. En una primera comprobación in situ los técnicos han están en perfecto estado, se ha decidido desmontar la máquina y
observado que no es una máquina trifásica de corriente alterna llevarla hasta el recién montado taller de bobinados de la empresa
como es habitual en la actualidad. Según los empleados encar- MantenExpress. Allí, al retirar una de las tapas de la carcasa, se
gados de operar la instalación, dicho motor movía un sistema de ha observado, además de percibir un fuerte olor a quemado,
transferencia de chapa en un sentido y otro, y todo a diferentes que las bobinas ubicadas en el rotor están deterioradas debido al
velocidades. El operario más veterano indica que al motor ya se le calor. Parece evidente que el devanado se ha destruido y que es
había realizado una profunda revisión hacía bastantes años, y que necesario su rebobinado.
en ella se habían cambiado, entre otras operaciones de manteni- Al desmontar la máquina se ha observado lo siguiente:
miento, las escobillas y los rodamientos. En esta ocasión, el fallo • el estator dispone de 4 piezas polares de gran tamaño y otras
parece que es interno, ya que después de un bloqueo del eje, la
máquina comenzó a humear y a oler a quemado eléctrico. Las 4 de un tamaño mucho más reducido,
protecciones de la instalación se dispararon y, una vez restituidas, • todas las delgas del colector tienen dos terminales de diferen-
la máquina no respondió a ninguna de las maniobras efectuadas
desde el cuadro de control. tes bobinas,
• solamente dispone de dos líneas de escobillas,
Al abrir la caja de bornes del motor, Fermín y Abel han compro- • de cada ranura salen 8 terminales de bobinas, que se conectan
bado la continuidad con un polímetro entre dos de los cuatro
a las diferentes delgas del colector.

estudio del caso

Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.

1. ¿Por qué la máquina tiene un devanado en el rotor y 7. ¿Qué indica que a cada delga del colector lleguen dos
otro en el estator? terminaciones de bobinas de la armadura?

2. ¿Cuál de los devanados es el encargado de la excita- 8. ¿Qué significa que todas las bobinas del devanado
ción? averiado estén montadas con 5 ranuras entre sus
lados activos?
3. ¿Cómo se denomina el elemento de conmutación
para alimentar las bobinas del rotor? 9. ¿Por qué de cada ranura salen 8 terminales que se
conectan a las delgas?
4. ¿Qué misión tienen los polos de pequeño tamaño
que están intercalados entre los principales? 10. ¿Por qué la máquina reparada solamente dispone de
2 líneas de escobillas y, sin embargo, tiene 4 piezas
5. ¿Por qué los bornes de la máquina están etiquetados polares?
como J-K A-B?

6. ¿Cuántos polos tiene la máquina?

116 Unidad 4

1. Principio de funcionamiento
de máquinas de corriente continua

Atendiendo a los principios de inducción electromagnética estudiados en la
primera unidad, si una espira o bobina se mueve en el interior de un campo
magnético inductor cortando sus líneas de fuerza, en ella se genera una fuerza
electromotriz que puede ser utilizada en el exterior mediante un sistema de
conmutación denominado colector. En este caso la máquina funciona como
generador (dinamo), ya que es capaz de transformar energía mecánica (la pro-
ducida en el giro de la bobina) en eléctrica (la obtenida en los terminales del
colector).

Giro

a Figura 4.1. Generador elemental.

Si por el contrario, por dicha bobina o espira se hace circular una corriente
eléctrica, esta genera un campo magnético con diferente polaridad en cada
uno de sus lados activos. Si dicha polaridad se hace coincidir con la del campo
inductor, la bobina produce un par de fuerzas que la hace girar sobre su eje.
Así, como el colector, que está dividido en dos zonas de contacto (delgas),
gira también, la conmutación hace que el sentido de la corriente se mantenga
siempre en el mismo lado del campo, conservando así la polaridad del campo
inducido respecto al campo principal y, por tanto, el giro continuado de la
bobina.

Par

a Figura 4.2. Motor elemental.

Todas las máquinas de corriente continua son reversibles, ya que pueden transfor-
mar energía mecánica en eléctrica, y viceversa. Es decir, pueden funcionar como
generador (dinamo) o como motor.

Máquinas rotativas de corriente continua 117

No obstante, en la actualidad el uso de las máquinas de corriente continua
como generadores (dinamos) está prácticamente en desuso o restringido a
aplicaciones muy específicas y aisladas. Por este motivo, aunque algunos con-
ceptos de los expuestos a continuación podrían aplicarse al funcionamiento
de la máquina como generador, el estudio se centrará en el caso de actuar esta
como motor.

1.1. Funcionamiento del motor elemental en corriente recuerda
continua
La entrada de corriente en el con-
En la siguiente secuencia de imágenes se muestra cómo una espira es alimen- ductor se representa mediante un
tada (para su funcionamiento como motor) desde un sistema de conmutación aspa (x) y la salida mediante un
(colector) con dos delgas (A y B). En la posición inicial (1) la delga A es ali- punto (·).
mentada desde el positivo de la fuente de alimentación. Teniendo en cuenta
el sentido de las líneas de fuerza del campo inductor (N-S) y el sentido de
la corriente que circula por el conductor, se originará un par de fuerzas que
producirá un giro de la espira sobre su propio eje según la regla de la mano iz-
quierda. En esa situación el par es máximo (línea de par máximo). Si la espira
logra vencer la posición (2) en la que las dos delgas cortocircuitan el sistema
de alimentación y, por tanto, el par es nulo, la delga B pasa a la posición (3) en
la que queda conectada al positivo de la alimentación. De esta forma, el lado
activo opuesto de la espira es recorrido por una corriente del mismo sentido,
presentándose nuevamente el par de fuerzas inicial, haciendo girar la espira de
forma continuada.

FF

N S N SN S
BA F A AB F

–1+ B –3+

– 2+

a Figura 4.3. Principio de funcionamiento del motor en corriente continua.

Así, en el motor de una única espira o bobina, se puede observar gráficamente
cómo el par cambia de sentido si el campo de excitación se mantiene fijo y se
invierte el sentido de la corriente en la bobina.

FF

N SN S I

FF

Giro en sentido horario Giro en sentido antihorario a Figura 4.5. Representación del
sentido de la corriente en un con-
a Figura 4.4. Inversión del sentido de giro del motor de una espira. ductor.

118 Unidad 4

Si la máquina dispone de varias bobinas y, por tanto, de un mayor número de del-
gas, de forma que la conmutación permita que en todos los conductores que están
enfrentados a un polo se induzca una fuerza electromotriz del mismo sentido, el
par de fuerzas se mantendrá constante, haciendo que giren de forma continuada
sobre su propio eje.

De igual forma que con solo una espira, si se invierte el sentido de la corriente
de las bobinas, también lo hará el sentido del par de fuerzas y, con ello, el giro
del motor.

FF

N SN S

F F
a Figura 4.6. Inversión del sentido de giro de un motor con varias bobinas.

2. Constitución de máquinas
de corriente continua

Una máquina de corriente continua esta forma principalmente por un circuito
magnético y dos circuitos eléctricos.

2.1. Circuito magnético

El circuito magnético está formado por una parte fija, ubicada en el estator, y
otra móvil en el rotor. Sobre ellas se encuentran bobinados los dos circuitos
eléctricos.

Tambor de rotor Carcasa
(Armadura) Piezas polares

saber más Base

Se denomina entrehierro al espa- a Figura 4.7. Partes del circuito magnético en una máquina de corriente continua.
cio de aire que existe entre las dos
partes del circuito magnético. El circuito magnético fijo está constituido por piezas o masas polares, tantas como
polos tiene la máquina. Estas piezas, que pueden ser de tipo saliente o ranurado, se
Entrehierro fijan a la carcasa o culata de la máquina, que se encargará de cerrar dicho circuito
magnético.
a Figura 4.8. Entrehierro.

Máquinas rotativas de corriente continua 119
A continuación se muestran los dos casos.
recuerda

De igual forma que en los trans-
formadores, el uso de finas chapas
en el circuito magnético disminuye
los efectos de las corrientes parási-
tas o de Foucault.

a Figura 4.9. Circuito magnético del inductor (piezas polares de tipo saliente y ranurado). a Figura 4.10. Detalle de una pieza
polar formada por chapas magné-
El circuito rotativo es un tambor cilíndrico de chapa magnética que se encuentra ticas.
ranurado de forma axial. Se le suele denominar armadura y por su centro pasa el
eje de la máquina, en el cual también se encuentra embutido el colector de delgas
y los rodamientos.

a Figura 4.11. Detalle del circuito magnético del inducido y de su armadura. caso práctico inicial

2.2. Circuito eléctrico Las máquinas rotativas de corriente
continua requieren dos devanados:
El circuito eléctrico está constituido por dos partes bien diferenciadas: el inductor uno denominado inductor y otro
y el inducido. inducido, instalados en el estator y
en el rotor respectivamente.
El circuito inductor
Se encuentra alojado en el estator y bobinado sobre las piezas polares. Es el encar-
gado de generar el campo magnético fijo que se induce sobre el circuito del rotor.
Está constituido por bobinas de grandes dimensiones, cuyo número es igual al de
polos que tiene la máquina. El inductor también recibe el nombre de excitación
o devanado de excitación.

Culata (carcasa)

Piezas polares

Bobinas inductoras
a Figura 4.12. Detalle de un circuito inductor de dos polos.

120 Unidad 4

saber más El número de pares de polos debe ser siempre par, de forma que la polaridad se
presente de forma alternativa (N-S-N-S…). El centro de cada uno de los polos
En el símbolo de una máquina de se denomina eje polar, habiendo tantos como pares de polos tenga la máquina. El
corriente continua los dos devana- ángulo entre dos polos consecutivos siempre debe ser el mismo.
dos se representan por separado.
El eje situado entre dos polos se denomina línea neutra, y sobre ella los efectos
Inducido magnéticos serán nulos. Así, una máquina de corriente continua tiene tantas
líneas neutras como pares de polos.
M

Inductor N

a Figura 4.13. Símbolo de un mo- N SS S
tor de corriente continua.

N Línea neutra
Eje polar

Máquina bipolar Máquina tetrapolar

a Figura 4.14. Número de polos en máquinas de corriente continua.

El circuito inducido

Se encuentra alojado en el rotor. Su devanado consta de numerosas bobinas que
se sitúan en las ranuras del tambor y que, además, se encuentran conectadas al
exterior a través del sistema de conmutación.

Tambor de chapas magnéticas
Colector de delgas

caso práctico inicial Rodamiento

El elemento de conmutación que Devanado del inducido
permite conectar el devanado del
rotor con el circuito exterior se a Figura 4.15. Devanado de una máquina de corriente continua.
denomina colector.
El elemento de conmutación

Es uno de los elementos más importantes de este tipo de máquinas. Se encarga
de conectar eléctricamente los devanados del inducido con el circuito exterior,
bien para entregar energía en el caso de los generadores, bien para recibirla en el
caso de los motores.

El conjunto de conmutación es el que más desgaste sufre debido al funcionamien-
to de la máquina, por tanto, también es el elemento que más atención requiere
al realizar las tareas de mantenimiento y reparación. Debido a esto, el sistema de
conmutación, especialmente en máquinas de gran potencia, es accesible desde
el exterior para su supervisión y comprobación sin necesidad de desmontar la
máquina.

Máquinas rotativas de corriente continua 121

Tres aspectos son importantes al hilo del elemento de conmutación: saber más

Colector La micanita es un material dieléc-
Es un tambor formado por pequeñas láminas de cobre denominadas delgas. A trico que está compuesto por finas
estas láminas se conectan los terminales de las numerosas bobinas que forman láminas de mica adheridas entre sí
el circuito del inducido. Las delgas están aisladas entre sí, y también de los otros por medio de goma o laca.
elementos metálicos de la máquina mediante un material no conductor que suele
ser mica o micanita.
Sobre el colector se apoyan las escobillas, que son las encargadas de establecer la
conexión eléctrica con el inducido a través de las delgas.

Cable de conexión

Escobilla

Colector

a Figura 4.16. Colector de delgas. a Figura 4.17. Detalle de escobilla sobre colector.

Las escobillas son normalmente de grafito, aunque en algunas ocasiones se fabri-
can también de latón. Pueden aparecer de numerosas formas y configuraciones,
pero la más común cuenta con un cable flexible para su conexión a la caja de
bornes de la máquina y con un muelle-resorte para un apoyo óptimo sobre el
colector.

a Figura 4.18. Diferentes tipos de escobillas (Cortesía de Sintercarbo, S.A.). a Figura 4.19. Detalle de dos es-
cobillas de una máquina eléctrica.
La escobilla es el elemento de una máquina eléctrica que más hay que cambiar en
tareas de mantenimiento. Por ese motivo, los fabricantes instalan portaescobillas
que facilitan esta tarea sin necesidad de desmotar la máquina.

La presión de las escobillas sobre el colector suele ser ajustable mediante algún
tipo de resorte o tensor.

En ningún caso el acceso a las escobillas debe hacerse con la máquina en funcio-
namiento, ya que además de ser perjudicial para la máquina, es muy peligroso para
la persona que las manipula.

122 Unidad 4

vocabulario Colocación de escobillas

Español-Inglés La misión del elemento de conmutación es mantener el mismo sentido de la
Escobillas de carbón: carbon corriente en los haces activos de una bobina. Esto debe ocurrir cuando las dos
brush delgas de la bobina han girado lo suficiente como para situarse entre las dos esco-
Motor de corriente continua: billas, siempre con la polaridad invertida. El paso de delga en el colector es muy
DC motor corto, por lo se garantiza de esta manera que el par del motor sea prácticamente
Motor de CC con escobillas: constante, ya que cuando una bobina sale de la línea de máximo par (eje polar)
brushed DC motor ya ha entrado otra.
Excitación independiente:
separately excited Para que la conmutación se realice de forma eficiente las escobillas deben ubicar-
Excitación en paralelo: Shunt se en las líneas neutras. Así, una máquina dispondrá de tantas líneas de escobillas
excited como líneas neutras.

+–

Línea neutra

N S Eje polar

a Figura 4.20. Fijación de las escobillas en la línea neutra.

Las máquinas de gran potencia y de gran tamaño recurren a la instalación de
líneas de escobillas, así el rozamiento en toda la longitud del tambor del colector
es uniforme.

Reacción del inducido
Cuando los devanados de una máquina de corriente continua funcionando como
motor son atravesados por una corriente eléctrica, en ellos se generan sendos
campos magnéticos cuyas líneas de fuerza son similares a los mostrados en la
figura.

Línea neutra Línea neutra

N SN S

Inductor Inducido

a Figura 4.21. Campos generados en inductor e inducido de un motor de corriente continua.

a Figura 4.22. Detalles de líneas El campo del inducido se presenta de forma transversal al de inductor. Si la má-
de escobillas en máquinas con co- quina (en este caso motor) no tiene carga, ambos campos se mantienen como en
lectores de grandes dimensiones. las figuras.

Máquinas rotativas de corriente continua 123

Sin embargo, cuando se aplica a la máquina una carga (en este caso una resisten- saber más
cia mecánica en su eje), la corriente del inducido aumenta y, por tanto, también
lo hará el campo generado en él. Este efecto produce una distorsión del campo Si la máquina funciona como gene-
inductor que genera el desplazamiento de la línea neutra un determinado número rador (dinamo), la línea neutra se
de grados. A este efecto se le denomina reacción de inducido, y es necesario te- desplaza en el sentido opuesto al
nerlo en cuenta para realizar el calado correcto de las escobillas, de lo contrario del motor. Por tanto, para que una
se producirá un exceso de chispas en ellas y en el colector que podrían dañar la máquina pueda pasar de genera-
máquina. dor a motor, y viceversa, siempre es
necesario realizar el calado de las
Desplazamiento escobillas en el sentido adecuado.
de la línea neutra
Motor Generador

NS a Figura 4.23. Calado de escobillas
en motor y en generador.
a Figura 4.24. Distorsión del campo inductor debido a la reacción del inducido.

Polos auxiliares o de conmutación caso práctico inicial

Los efectos producidos por la reacción del inducido son asumibles en máquinas de Llamaremos polos de conmuta-
pequeña potencia y en aquellas cuya carga es constante. Sin embargo, en máqui- ción a las piezas polares de menor
nas de gran potencia cuya carga cambia de forma continuada, es necesario realizar tamaño. Se instalarán para evitar
el calado de las escobillas cada vez que se produce un cambio. el desplazamiento de la línea de
escobillas debido a los efectos de la
Para evitar el desplazamiento de la línea de escobillas debido a la reacción del reacción del inducido.
inducido se colocan en la culata los denominados polos de conmutación o polos
auxiliares.

Los polos de conmutación son piezas polares, de menor tamaño que las piezas
polares principales, que se ubican en la línea neutra de la máquina. Su devanado
se conecta en serie con el inductor y genera un campo de compensación que
evita la distorsión del campo de excitación y, también, la necesidad de realizar el
desplazamiento de la línea de escobillas.

Polos de conmutación Línea neutra

S

NS saber más

Calado de escobillas N El número de pares de polos de
conmutación debe ser igual al
número de pares de polos del
devanado principal.

a Figura 4.25. Polos de conmutación en una máquina de corriente continua.

124 Unidad 4

3. Tipos de conexión entre devanados

saber más En función de cómo se conecten los devanados (inducido e inductor) entre sí, se
pueden conseguir las siguientes configuraciones:
Excepto la máquina independien-
te, todas las demás reciben el nom- • máquina serie,
bre de autoexcitadas.
• máquina Shunt o derivación,

• máquina compuesta (Compound),

• máquina de excitación independiente.

+ – –E
+ –––
+E
++
FF
A BA BA BA B

C DC DJ K

Serie Shunt Compound Independiente

a Figura 4.26. Tipos de conexión entre devanados.

No todos los devanados son intercambiables para conseguir las diferentes con-
figuraciones aquí propuestas. Por ejemplo, un devanado inductor diseñado para
una conexión serie, no puede conectarse en Shunt, y viceversa, ya que el número
de espiras y el diámetro del conductor con el que está construido son diferentes.
Sin embargo, el devanado inductor para un motor Shunt puede utilizarse sin
problemas en una máquina con conexión independiente.

caso práctico inicial 3.1. La caja de bornes

Que los bornes de la máquina estén Los bornes de cada uno de los devanados están etiquetados según la configuración
etiquetados como A-B J-K implica para la que han sido diseñados. Generalmente, este tipo de máquinas dispone de
que esta opera como un motor de cuatro bornes de conexión en su caja de bornes, excepto la máquina Compound
excitación independiente. que dispone de seis.

A B + – Al+imentación–1 B
+ A B A

– CD –
EF Máquina Shunt J K Alimentación 2

Máquina serie +
Máquina independiente

a Figura 4.27. Cajas de bornes en diferentes tipos de motores de corriente continua.

Las conexiones entre devanados de máquinas autoexcitadas se realizan con puen-
tes que facilita el fabricante o mediante latiguillos que debe construir el técnico
de montaje.

Máquinas rotativas de corriente continua 125

3.2. La inversión del sentido de giro – + ++ +

Para invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua, se debe cam- –
biar sentido de la corriente en uno de sus devanados. Esto hace que se invierta el –
par en el inducido, produciendo en consecuencia el cambio en el sentido de giro
del motor. Desde el exterior de la máquina esto se realiza permutando los cables –
de alimentación, bien en los bornes del devanado inducido, bien en los bornes del
devanado inductor. Por otro lado, para evitar que el motor se acelere demasiado, a Figura 4.28. Sentido de giro en
en la práctica siempre se recomienda invertir las conexiones del inducido en lugar motores: antihorario (arriba) y ho-
de las del inductor (excitación). rario (abajo).

En la figura se muestra cómo deben conectarse los terminales de los devanados en
los diferentes tipos de máquinas para que inviertan su sentido de giro.

+ B + – Alimentación 1 B
A A B
–+
A

–E F CD –
Máquina Shunt J K Alimentación 2
Máquina serie
+
Máquina Independiente

a Figura 4.29. Conexión de bornes para la inversión del sentido de giro.

3.3. El arranque de los motores de corriente continua

En el momento de su arranque un motor de corriente continua genera una sobre-
corriente que puede ser perjudicial, tanto para la instalación de alimentación como
para los devanados de la propia máquina. Para disminuir dicha corriente se conecta
un reóstato en serie con el devanado inducido. Así, cuando el motor alcanza su
funcionamiento nominal, en velocidad y en corriente, el reóstato se anula.

ejemplo recuerda

La siguiente figura muestra cómo se conecta el reóstato en serie con el El REBT en la instrucción ITC-BT-47
inducido para el arranque de un motor Shunt. establece que la constante máxi-
ma de proporcionalidad entre
+ + +– la intensidad de la corriente de
– – arranque y la de plena carga, en
Fusibles los motores de corriente continua,
12 debe ajustarse a los siguientes
34 valores:
13
24 10

A A 0,5
– Editex
Reóstato ||||||||||||||||||0II
JCMCEditex
J.C.M.Castillo Potencia Constante
2,5
editex |||||||||||||||||| Reóstato De 0,75 kW 2,0
de a 1,5 kW 1,5
50
||||||||||||||||||| arranque De 1,5 kW
a 5,0 kW
0 100
||||| |||| De más de
5,0 kW
AB +A B
CD
-

EF

a Figura 4.30. Arranque de un motor Shunt.

(continúa)

126 Unidad 4

(continuación)

La puesta en tensión de la máquina debe hacerse con el reóstato a máxima
resistencia. Así, disminuiremos progresivamente el valor óhmico hasta que el
motor consiga su velocidad nominal, en cuyo caso el valor de la resistencia debe
ser cero. Observa lo que ocurre con la corriente.

3.4. Variación de velocidad

La velocidad de un motor de corriente continua es directamente proporcional a la

LteancsioónnstdaenltienKduecsidporoVpAiaB e inversamente proporcional al campo de excitación Φ.
de la máquina y es definida por el fabricante en función

el número de polos, de espiras y de derivaciones del devanado.

N= VAB
K·Φ

recuerda Así, es fácil comprender que si se varía la tensión del devanado inducido o si se
modifica el campo del inductor, variando la corriente que por él circula, también
En un motor en derivación, si se lo hace la velocidad de la máquina.
desconecta el devanado inductor
con el motor en marcha, este se V+ V+
embala de forma peligrosa. Tam- V– V–
bién puede producirse este efecto
en motores en serie si no se coloca
carga en el eje.

Reóstato Reóstato

Regulación a par constante Regulación a potencia constante

a Figura 4.31. Conexión del reóstato de regulación de la velocidad.

saber más La forma clásica de regular la velocidad en un motor de corriente continua se
basa en insertar un reóstato de potencia adecuada en serie con uno de los de-
En la actualidad la regulación de vanados. Si bien esta forma es sencilla y eficaz desde el punto de vista eléctrico,
velocidad se realiza utilizando me- no lo es tanto desde el punto de vista del montaje y de la instalación, ya que los
dios electrónicos. reóstatos de regulación son dispositivos voluminosos. Si el reóstato se conecta en
el circuito del inducido, la regulación de velocidad se realiza a par constante; sin
embargo, si se conecta en el circuito inductor, se dice que la regulación se realiza
a potencia constante.

En la actualidad el arranque y la regulación de velocidad en máquinas de co-
rriente continua, cuando esta funciona como motor, se realiza utilizando medios
electrónicos. Esto presenta las siguientes ventajas:

• Menor espacio en el cuadro de control.

• Mayor facilidad en el ajuste y configuración.

• Mejor interconexión con otros sistemas de control industrial, como pueden ser
los autómatas programables.

Máquinas rotativas de corriente continua 127

Analizando las curvas de variación de velocidad y tomando en este caso como
referencia un motor Shunt o uno con excitación independiente, se puede com-
probar cuál es el comportamiento de la máquina.

• Variación de velocidad regulando la tensión del inducido. En la curva se ob-
serva cómo al regular la tseenhsiaónredperleisnendutacdidoouVnAaB,lílnaevaerleocctiadaqduveacríoarrdeespfoornmdea
constante. En este caso

a la variación de velocidad del motor sin carga. No obstante, si el motor dis-

pone de un par resistente en su eje, esta puede no ser exactamente una recta,

debido a las deformaciones del flujo producidas por el efecto de la reacción

del inducido.

N

Velocidad

VAB

Tensión del inducido

a Figura 4.32. Curva de tensión inducida-velocidad.

• Variación de la velocidad regulando la corriente de excitación. En la curva se
observa cómo al disminuir la corriente de excitación, la velocidad del motor

aumenta. En este caso hay un punto crítico de corriente Ia, que indica que al
disminuir demasiado la intensidad de la excitación, la máquina tiende a em-
balarse, aumentando de forma peligrosa su velocidad.

VelocidadN

Embalamiento

Na
Nn

Ia In Iexc
Corriente excitación

a Figura 4.33. Curva de corriente de excitación-velocidad.

3.5. Característica de velocidad

Se denomina característica de velocidad a la curva que representa el comportamien-
to de un motor cuando sobre su eje aumenta la carga y se mantiene invariable la
tensión de alimentación.

Velocidad128 Unidad 4

Supondremos un circuito para el funcionamiento de un motor de excitación
independiente o uno de excitación Shunt. Una vez arrancado, si se mantiene la
tensión de alimentación al motor, tanto del inducido como de la excitación, al
modificar el valor de la carga en su eje, se observa que la velocidad y la corriente
del inducido cambian.
Hay que tener en cuenta que en los motores de derivación, debido a que se
encuentran autoexcitados, la velocidad tiende a autorregularse. Además, dicha
variación de velocidad no es superior al 10%, lo que significa que en este tipo de
motores, la velocidad se mantiene estable aunque se modifique su carga.

3.6. Característica de par

El par interno del motor se relaciona directamente con el flujo de la excitación y
con la corriente del inducido. Así, si el flujo generado por el campo de excitación
no varía, el par motor dependerá de forma proporcional de la corriente del inducido.

N

IAB
Corriente del inducido
a Figura 4.34. Característica de par.

3.7. Característica par-velocidad

También denominada característica mecánica, se representa mediante una curva
en la que se relaciona el par motor con la velocidad. En ella se observa cómo el
par útil disminuye de forma constante a medida que la velocidad aumenta. Así,
el par se mantiene constante a velocidad nominal. El par de arranque es muy
elevado, pero también lo es la corriente absorbida en ese instante.

Par

Pn

N
Nn N0
a Figura 4.35. Característica par-velocidad.

Máquinas rotativas de corriente continua 129

4. Devanados en máquinas Bobina encintada
de corriente continua Hueco para la
pieza polar
En este apartado se estudiará el diseño de los devanados en máquinas de corriente
continua desde el punto de vista de su esquema y su ejecución. El cálculo eléctri- Fundas aislantes
co o redimensionado de la máquina se sale de los objetivos de estos estudios, por Terminales del hilo
lo que aquí solamente se trabajarán los conceptos y habilidades correspondientes esmaltado
a la reparación e, incluso, al rebobinado de una máquina de corriente continua a Figura 4.36. Bobina polar o in-
sin modificar sus características eléctricas. ductora.

4.1. Devanado inductor o de excitación

El devanado inductor o de excitación se encuentra instalado en el estator y dis-
pone de tantas bobinas como número de polos tiene la máquina. Además, si está
prevista la instalación de polos de conmutación, debe añadirse un número de
bobinas auxiliares igual al número de polos principales.

Cada bobina debe generar un polo magnético. Así, al menos debe haber dos
bobinas de signos contrarios para generar un campo magnético de excitación.

Las bobinas están formadas por numerosas espiras de hilo esmaltado con dos ter-
minales de conexión. Estos se utilizarán para la conexión de las otras bobinas del
mismo devanado al interior de la caja de bornes. Todo el conjunto se cubre con
cinta de algodón y posteriormente se impregna de barniz.

a Figura 4.37. Detalle de una bobina inductora en un polo de tipo saliente y extraíble. a Figura 4.38. Forma de averiguar
la polaridad de la bobina.
Las bobinas del devanado inductor se construyen teniendo en cuenta el tipo de
excitación de la máquina, ya que no es lo mismo una bobina destinada a una
máquina con excitación en serie que a una de tipo Shunt.

La conexión entre bobinas inductoras se hace en serie de modo que los signos
de los polos magnéticos sean contrarios para bobinas contiguas (N-S-N-S, etc.).
Así, para una máquina bipolar deben conectarse dos bobinas, para una tetrapolar
cuatro bobinas, y así sucesivamente. El signo del polo es fácil de identificar, dando
por supuesto un sentido de la corriente en la bobina y aplicando la regla de la
mano derecha o la regla del sacacorchos.

La siguiente figura muestra cómo se consiguen los polos en dos bobinas que es-
tén situadas en un mismo plano y con la misma posición del arrollamiento del
conductor.

130 Unidad 4

Quedaría del siguiente modo:

d Figura 4.39. Conexión de SN
bobinas inductoras en una
máquina bipolar (derecha) I I
y conexión simplificada I
(izquierda). I

caso práctico inicial Sin embargo, cuando dichas bobinas se encuentran situadas en la carcasa de la
máquina, la disposición de terminales puede estar cambiada respecto al esquema
Si una máquina dispone de 4 bobi- anterior. En este caso es necesario conocer el sentido de arrollamiento del con-
nas de gran tamaño, significa que ductor y aplicar la regla de la mano derecha en cada uno de los polos.
tiene cuatro polos.
ejemplo

En la siguiente máquina se representa la conexión de las bobinas insta-
ladas en la culata de una máquina bipolar.

Rotor

importante c Figura 4.40. Conexión
de bobinas inductoras
Podría ocurrir que por motivos en una máquina bipolar.
constructivos, y para facilitar la
conexión entre bobinas en el inte- Así, si las bobinas se representan con la cara o lado que mira hacia el rotor, la
rior de la máquina, algunos fabri- conexión de ambas bobinas es la siguiente:
cantes opten por realizar el arro-
llamiento del hilo de las bobinas NS
polares en sentido contrario unas
de otras. Esto habrá que tenerlo I I c Figura 4.41. Conexión
muy en cuenta en el momento de de bobinas.
la conexión entre ellas, pues así
conseguimos polos de diferente
signo.

actividades

1. Dibuja cómo sería la conexión de las bobinas inductoras para una máquina rotativa de 4 polos.

Máquinas rotativas de corriente continua 131

4.2. Devanado del inducido o de la armadura N
Ranuras con
El devanado del inducido se aloja en el rotor y se conecta al exterior a través del los conductores
dispositivo de conmutación. de las bobinas

Cabezas de las bobinas Colector
Tambor
Ranuras con haces
activos de las bobinas S

Parte inferior a Figura 4.42. Conductores en el
de bobinas tambor del inducido.

Conexiones de terminales
de bobinas al colector

a Figura 4.43. Partes del inducido de una máquina de corriente continua.

Todos los inducidos que se realizan en la actualidad son de tipo tambor. En ellos
todas las bobinas se alojan en las ranuras de un núcleo con forma cilíndrica fa-
bricado en chapa magnética. Los terminales se conectan a las delgas del colector.

Cada devanado está formado por un número determinado de bobinas, cuyos
terminales (al menos 2) se encuentran entre dos delgas diferentes del colector
siguiendo un criterio geométrico que se verá más adelante.

Ranuras del Bobina
rotor

Conexiones de Delgas
los terminales

a Figura 4.44. Bobina en inducido.

Para facilitar la representación de esquemas de devanados, las bobinas se dibujan
con un solo hilo, representado sus cabezas, lados activos y terminales de co-
nexión. En los esquemas no se representan las ranuras, aunque de forma opcional
pueden aparecer con un número para identificar el orden en el devanado.

Cabeza de bobina

Número de ranura Lados activos
en ranuras

345 6

Terminales de
bobinas en delgas
a Figura 4.45. Representación de una bobina.

132 Unidad 4

importante Secciones inducidas

Todas las secciones inducidas de Una bobina se divide en diferentes partes que se alojan en las mismas ranuras y
una bobina deben ser iguales en que poseen sus propios terminales de conexión. A cada una de ellas la llamamos
el número de espiras y en el diá- sección inducida. Así, una bobina con una sola sección inducida dispone de dos
metro del conductor. terminales de conexión. Si son dos las secciones inducidas, tiene cuatro termina-
les de conexión, y así sucesivamente.

1 sección inducida 2 secciones inducidas 3 secciones inducidas

a Figura 4.46. Bobinas con una o varias secciones inducidas.

saber más En cierto modo se puede decir que las secciones inducidas son en realidad bobinas
independientes que se alojan en las mismas ranuras de la armadura.
Las secciones inducidas se realizan
en el momento de construcción de El número de secciones inducidas S de un devanado es igual al número de delgas
la bobina, colocando tantos hilos del colector D.
en paralelo como secciones indu-
cidas se deseen conseguir. S=D

saber más De igual forma, el número de secciones inducidas por bobina u es el resultado
de dividir el número de delgas D del colector entre el número de ranuras de la
Las bobinas de máquinas de gran armadura K.
potencia se construyen con pletinas
en lugar de usar hilo esmaltado. u= D
K

En los esquemas de devanados los lados activos que van en el interior de las ra-
nuras se pueden representar de dos formas:

1. Utilizando líneas individuales de trazo continuo para las de la primera capa
(salientes), y utilizando líneas de trazo discontinuo para las de la segunda (en-
trantes).

2. Utilizando líneas de color grueso, una para primera capa y otra para la segunda.
De ellas saldrán las cabezas de cada una de las secciones inducidas.

3

a Figura 4.47. Bobina preformada Forma 1 Forma 2
(Cortesía de Telsen.net).
a Figura 4.48. Formas de representación de las secciones inducidas en un devanado.

Máquinas rotativas de corriente continua 133

4.3. Clasificación de los devanados recuerda

Los devanados de los inducidos se clasifican según diferentes criterios: Representaremos la capa supe-
rior como el conjunto de haces
Según el número de capas por ranura activos salientes de una bobina.
Aparecen distintos casos en función del número de bobinas que ocupan una ra- La capa inferior representará el
nura. Los devanados pueden ser de una o de doble capa. de los entrantes. En los esquemas
Los devanados de una capa son aquellos en los que una ranura es ocupada solamen- los primeros aparecerán con línea
te por los conductores de una sola bobina. Los devanados de dos capas son aquellos continua y los segundos en línea
en los que la ranura es ocupada en dos niveles por los lados activos de dos bobinas. discontinua.

Dos capas Representación
por ranura abreviada

a Figura 4.49. Devanados de doble capa.

Es evidente que aquellos devanados que requieran más de una sección inducida
en sus bobinas, todas ellas estarán en su capa correspondiente.

1 sección por capa 2 secciones por capa 3 secciones por capa

a Figura 4.50. Secciones inducidas por capa. caso práctico inicial

En los devanados que requieren más de una sección inducida, los lados activos de Los devanados de doble capa
la bobina saliente de una ranura se colocan en la capa superior y los entrantes en requieren dos terminales por cada
la capa inferior de la ranura a la que saltan. delga del colector.

c Figura 4.51. Detalle del ca-
bleado de dos secciones in-
ducidas de un devanado de
doble capa.

En algunas ocasiones puede ser necesario detallar la conexión de cada una de las
secciones inducidas. Para ello se utiliza un esquema similar al de la figura.

Ranura 6 Ranura 9 saber más

Por lo general, los devanados de
los inducidos se ejecutan todos a
doble capa.

Delgas
a Figura 4.52. Detalle de conexión de secciones inducidas en un devanado.

134 Unidad 4

vocabulario ejemplo

Español-Inglés En la siguiente figura se muestra cómo se ejecuta un devanado a dos capas.
Devanado: winding
Devanado de inducido: armadure SN 5 67
winding 3456789 8
Devanado imbricado: lap winding 4
Devanado ondulado: wave c 3 9
winding
Bobinas serie: coils series 2 3 4 5 6 78
Bobinas de campo (inductoras):
field coil a Figura 4.53. Distribución de los devanados en dos capas.
Progresivo: progressive
Regresivo: retrogressive

En el esquema del devanado (izquierda), se representan dos haces activos en
cada ranura. Si nos centramos en la ranura marcada como número 6, se puede
ver que la bobina de color verde es entrante y la bobina de color rojo saliente.
Así, las primeras siempre se montarán en la capa inferior de la ranura y las
segundas en la superior, siendo habitual que el lado que llega a las ranuras se
represente de forma punteada y el que sale de ellas en línea continua.

saber más Según la conexión de bobina en el colector

El devanado progresivo o no cru- En función de cómo se conecten los finales de las bobinas y secciones inducidas
zado es el más común para el en el colector, los devanados pueden ser:
bobinado de inducidos.
• imbricados o en paralelo,

• ondulados o en serie.

Devanados imbricados

También denominados devanados paralelos, se caracterizan porque cada lado de
la bobina queda situado debajo de un polo de signo contrario.

Este tipo de devanados a su vez se clasifican en simples y múltiples.

• Devanados imbricados simples. Los terminales se conectan siempre a delgas
adyacentes, pudiendo hacerse en la anterior o en la posterior. Si la conexión
se realiza en la siguiente delga, el devanado avanza en sentido horario y se
denomina progresivo o no cruzado. Si por el contrarios la conexión se realiza
en la delga anterior, el devanado retrocede denominándose regresivo o cruzado.

S N NS
34 56 3456

3456 345 6

Devanado progresivo Devanado regresivo
(no cruzado) (cruzado)

a Figura 4.54. Detalles de devanados imbricados simples.

Máquinas rotativas de corriente continua 135

En este tipo de devanados el número de ramas en paralelo es igual al número saber más
de pares de polos. Es decir, dos para las máquinas bipolares, cuatro para las
tetrapolares, seis para las hexapolares, y así sucesivamente. En los devanados imbricados sim-
ples cada bobina siempre estará
• Devanados imbricados múltiples. Cuando la máquina es de gran potencia y conectada entre dos delgas conti-
trabaja con tensiones reducidas, la corriente de las ramas paralelas del devana- guas.
do aumenta de forma considerable. En estos casos, para completar el recorrido
de todas las secciones inducidas del devanado, hay que dar varias vueltas al
inducido. Así, si solamente se dan dos vueltas, el devanado se denomina doble;
si se dan tres, triple, y así sucesivamente. No obstante, no es habitual realizar
devanados superiores al doble.

NS
12345678

81234567 saber más

a Figura 4.55. Ejemplo de un devanado imbricado doble. Debido a la disposición en serie
de las bobinas de un devanado
De igual forma que los devanados imbricados simples, los de tipo múltiple ondulado, estos se utilizan para
pueden ser progresivos o regresivos. aplicaciones que requieren ele-
vadas tensiones y un consumo de
Devanados ondulados corriente no demasiado alto.

En un devanado ondulado los terminales de las bobinas o secciones inducidas se van
conectando en avance con la armadura. Así, para recorrer un grupo de secciones in-
ducidas de igual número que el de pares de polos, es necesario dar una vuelta completa
al inducido. Se observa entonces que dichas secciones inducidas se encuentran co-
nectadas en serie entre sí y que sus terminales se unen en delgas que no son contiguas.

En los bobinados ondulados solamente existen dos ramas en paralelo, a diferen-
cia con los imbricados, que disponen de tantas ramas como polos. Este dato es
importante, ya que una máquina con un devanado ondulado, solamente requiere
un par de escobillas. No obstante, para mejorar la conmutación y evitar un exceso
de corriente sobre ellas, es habitual disponer de tantas escobillas como pares de
polos tenga la máquina.

SNSN

12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

a Figura 4.56. Ejemplo de un devanado ondulado.

136 Unidad 4

saber más En este tipo de devanados, igual que en los imbricados, los haces activos de una
misma bobina siempre se encuentran situados bajo polos de signo contrario.
Como se verá en el apartado rela-
tivo al cálculo, el diseño de los De igual forma que los devanados imbricados, los de tipo ondulado pueden ser
devanados ondulados es mucho progresivos o regresivos, además de simples o múltiples.
más exigente que los imbricados,
ya que los primeros no se pueden 4.4. Datos y conceptos utilizados en el diseño de devanados
ejecutar para cualquier número de
ranuras y delgas de un inducido. A continuación se citan los datos de uso común para el diseño de cualquiera de
los devanados nombrados.
saber más
Paso polar (YP )
Los polos de conmutación no
deben ser tenidos en cuenta para Es la distancia que existe entre dos masas polares contiguas de signo contrario.
establecer el paso polar. En el estudio electrotécnico de las maquinas rotativas este dato suele darse de
forma angular en grados. No obstante, para el diseño de los devanados es más útil
utilizar dicha distancia en número de ranuras, siendo así el valor del paso polar:

Yp = K
2p

Donde K es el número de ranuras totales de al máquina y p el número de pares
de polos.

Paso polar

Paso polar

N

N SS S

N

Máquina bipolar Máquina tetrapolar
a Figura 4.57. Paso polar.

caso práctico inicial Paso de ranura (YK )

Las bobinas se montan con un Es el número de ranuras que hay de uno a otro lado activo de una misma bobina.
número de ranuras según el deno- Se representa habitualmente por YK.
minado paso de ranura.
El número de ranuras se empieza a contar en la ranura contigua a la que ubica el pri-
mer haz activo de la bobina. Así, en la siguiente figura el paso de ranura YK es igual a 3.

12 1 Paso de ranura
11 (Yk)

2
3

10 4

a Figura 4.58. Paso de ranura.

Máquinas rotativas de corriente continua 137

El paso de ernanfuunracicóonindceildceáalcpurlooxiomdaedlanmúemnetreocdoenraenl upraassodpeol lianrdYuPc,idpoe,ropueen- saber más
ocasiones,
En las máquinas de pequeña
de ser más pequeño (paso de ranura acortado) o más largo (paso de ranura potencia que funcionan como
motor, se suele acortar el paso
alargado). de ranura para obtener un mejor
comportamiento.
NPaso de ranura Pas N
Paso dePas
o porlaanr ura alargado
o paoclaorrtado
SS

a Figura 4.59. Paso de ranura acortado y alargado. N

A este paso también se le denomina paso o ancho de bobina, ya que es el nú- S
mero de ranuras que hay que saltar para llegar desde un lado activo de la bobina
al otro. a Figura 4.60. Paso diametral.

Paso diametral
El concepto de paso diametral viene dado de las máquinas de dos polos (bi-
polares), en ellas el paso de ranura coincide con el paso polar, y además con
el diámetro del rotor. No obstante, esta denominación se da a todas aquellas
donde, aun no siendo bipolares, su paso de ranura o de bobina coincide con el
paso polar.

Paso de colector (YCOL)
Es el número de delgas que hay entre los dos terminales de una sección inducida
o bobina.

YCOL YCOL

a Figura 4.61. Paso de colector de una bobina o sección inducida.

En cada uno de los casos el paso de colector será:

• EsinvobsoybienlandeogsaitmivboripcaardaolsossimrepglreessiYvCoOsL. = ±1, siendo el positivo para los progre-

• En los devanados imbricados múltiples será YCOL = ±2 para los dobles, YCOL = ±3
para los triples, etc.

138 Unidad 4

• En los ondulados simples:

YCOL = D±1
p

DdeolngadsedYeCl OcLoleescetol rpyaspoedl enlúcmoelercotodre en número de delgas, D es el número de
pares de polos de la máquina.

Unidades de medida para el diseño del devanado

La medida de los pasos o anchos nombrados anteriormente para el diseño del
devanado en la armadura puede hacerse de dos formas:

• Por número de ranuras.

• Por número de secciones inducidas.

Con cualquiera de ellas se obtienen los mismos resultados y, aunque aquí se da
preferencia a la medida por ranuras, se utilizarán también los cálculos por seccio-
nes inducidas para comprobar los resultados.

Ranuras

Secciones 1 2 3 4 5 6

inducidas

a Figura 4.62.

Los anchos a tener en cuenta en el diseño de los devanados imbricados y ondula-
dos (siempre en función del número de secciones) son los siguientes:

• Paso de sección (hYa1y).quEes el número de secciones inducidas de la capa superior
de la ranura que contar para saltar de un lado activo a otro de la sec-

ción a la que se quiere aplicar el ancho. Dicho de otra forma, es el número de

secciones salientes (que parten de una ranura) a contar a partir de la ranura

contigua a la que aloja las secciones de referencia, hasta localizar los haces

activos de la capa inferior de dicha sección.

En la figura anterior se muestra cómo el paso de sección de este devanado es 6,
ya que es el número de lados activos de las secciones que se encuentran en la
capa superior antes de llegar a la ranura 4, que es la que aloja los haces activos
de entrada de la bobina de referencia.

El ancho dneúsmececroiódne(sYe1c)ceios nelespriondduucctiodadseploarnbchoboidnea bobina YK (salto de ranu-
ra) por el u.

Y1 = YK · u

• pPearsioordqeuceonexeixsitóenp(aYra2)r.eEalsizealrnlúamceornoexdieónsececnitorneeeslinfidnuacl iddeasladeselcaccióanpaysue-l
principio del haz activo de la siguiente. Es decir, es el número de secciones
inducidas que hay que saltar para realizar la conexión entre una sección in-
ducida y la siguiente.

Máquinas rotativas de corriente continua 139

El paso de conexión es diferente según el tipo de ejecución del devanado.

Así para los de tipo imbricado es:

Y2 = Y1 – YCOL

Y para los de tipo ondulado:

Y2 = YCOL – Y1
La figura que engloba todo lo anterior es la siguiente:

Devanados imbricados Devanados ondulados
Yp
YCOL
Y1 Y2

Y1

1N2 3S4 NS N

YCOL Y2

12 3 12 8 9
YCOL
YCOL

a Figura 4.63. Anchos y pasos requeridos para el diseño de devanados de inducidos.

4.5. Diseño de devanados imbricados simples

A continuación se describe el proceso de diseño de los devanados imbricados simples.
El cálculo se realiza desde su punto de vista de su representación geométrica en el es-
quema, para su posterior rebobinado en una máquina similar. En ningún caso se reali-
zará el cálculo para una máquina nueva, ya que se sale de los objetivos de esta unidad.

El diseño de un devanado requiere conocer previamente cuáles son los datos
requeridos para su representación gráfica y su posterior ejecución en la armadura.

Datos previos al cálculo

Se debe partir de un conjunto de datos conocidos:

• pares de polos de la máquina (p),

• número de ranuras (K),

• número de delgas del colector (D),

• paso de croelgercetsoivroYsC. OL = ±1, siendo el positivo para los progresivos y el negativo
para los

a Figura 4.64. Número de delgas. a Figura 4.65. Número de ranuras.

140 Unidad 4

Secuencia de cálculo

A partir de los datos conocidos comienzan los cálculos necesarios para un correc-
to dimensionado del devanado:

• Paso 1. Se comprueba si el devanado se puede ejecutar. Para ello se divide el
número de ranuras de la armadura K entre el número de pares de polos p. El
resultado debe ser un número entero.

k = Número entero
p

Si no se cumple esta condición, el devanado no es viable.

• Paso 2. Se calcula el ancho de bobina o paso de ranura YK y el número de
secciones inducidas por bobina u:

YK = K u= D
2p K

• Paso 3. Con estos dos sencillos cálculos ya es posible dibujar el esquema del
devanado. No obstante, es aconsejable disponer de otros datos para un mejor
desarrollo del mismo. Algunos de estos cálculos son:

Paso polar YP = YK
Número total de secciones inducidas S=D

Número de bobinas del devanado B=K

Ancho de sección (Y1) Y1 = YK · u
Y2 = Y1 – YCOL
Paso de conexión En secciones inducidas (Y2) YCONEX = YCOL – YK
En ranuras (YCONEX)

El paso de conexión se puede hacer por secciones inducidas (Y2) o por ranuras
(YCONEX). En cualquier caso el resultado es el mismo.

Si el número de secciones inducidas es 1, los resultados para Y1 e Y2 coinciden
con las unidades de medida dadas en número de ranuras.

ejemplo

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado imbricado simple progresivo.

Datos previos
• Número de polos: 4 (2 pares de polos) p = 2
• Número de ranuras K = 12
• Número de delgas D = 12
• Paso de colector YCOL = +1 (progresivo)

Máquinas rotativas de corriente continua 141

Datos principales
• Condición de ejecución.

K = 12 =6
p 2

Es un número entero, por tanto el devanado se puede ejecutar.

• Paso de ranura o de bobina.

YK = K = 12 =3
2p 4

• Secciones inducidas por bobina.

u= D = 12 =1
K 12

Otros datos

• Paso polar. YP = YK = 3
• Número total de secciones inducidas. S = D = 12

• Número de bobinas del devanado. B = K = 12

• Ancho de sección. Y1 = YK · u = 3 · 1 = 3
• Paso de conexión. Y2 = Y1 – YCOL = 3 – 1 = 2
Se mide en secciones inducidas, sin embargo en este caso, al ser 1 el número de
secciones inducidas por bobina, se puede medir también en ranuras.

Diseño del esquema del devanado

1. Sabiendo que el número de secciones inducidas por bobina es 1, se dibujan
los haces activos de todas las bobinas en las ranuras (con línea continua el
haz de la capa superior de la ranura y con línea discontinua el de la capa
inferior). Las ranuras se pueden numerar si se desea. En el ejemplo se ha
considerado que la ranura número 1 es la que se encuentra en el extremo
izquierdo. No obstante, dicho orden no es significativo para la ejecución
del esquema.

123456789 10 11 12

a Figura 4.66. Representación de haces activos en ranuras.

2. Se dibuja la cabeza de una bobina estableciendo el paso de ranura YK en
3. Para ello se cuentan tres ranuras a partir de la contigua a la que se ha
dibujado el primer haz activo.

(continúa)

142 Unidad 4
(continuación)

Quedaría así:

Ranuras a contar

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Yk

a Figura 4.67. Paso de ranura.

3. Siguiendo la misma pauta, se dibujan las cabezas de todas las bobinas.
Aquellas que quedan cortadas en ambos extremos del esquema, se pue-
den etiquetar opcionalmente para identificar mejor el recorrido del deva-
nado. En este caso se ha optado por disponer de la misma letra para los
extremos correspondientes a la misma bobina o sección inducida.

aa
bb
cc

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a Figura 4.68. Representación de cabezas de ranura.

4. Se conecta el haz activo saliente de la capa superior de la primera bobina
(ranura 1) a una delga del colector, que puede ser etiquetada como la
número 1. El haz activo saliente de la misma bobina se contactará a la
delga contigua (2), ya que es un devanado imbricado progresivo.

Ranuras a contar

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1234

12 1 2 3 4 5 6 7 8 Y29 10 11

a Figura 4.69. Conexión al colector.

5. El paso de conexión (Y2) es de 2 seccio1n2es indu1cidas, q2ue en e3ste caso
coincide con 2 ranuras. Se une la delga etiquetada con el número 2 al haz
activo saliente de la siguiente bobina o sección inducida.

Ranuras a contar

1234 1234
Y2

12 1 2 3 12 1 2 3

a Figura 4.70. Paso de la conexión (izquierda) y detalle de la conexión (derecha).

Máquinas rotativas de corriente continua 143

6. Se completan todas las conexiones entre bobinas y delgas. a

a b
b c
c

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

dd
ee

12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

a Figura 4.71.

7. Se establece la posición de las escobillas comenzando por la delga número
1. Como es una máquina de 4 polos, se deben dibujar 4 escobillas equi-
distantes entre sí, ubicadas en las delgas 1-7 y 4-10 para sus respectivos
signos.

8. Y, finalmente, como comprobación se establece un sentido de corrien-
te arbitrario para las escobillas. En este caso se ha considerado que la
corriente entra por las escobillas de las delgas 1 y 7, y sale por las delgas
4 y 10. Así, si en cada haz activo se representa con una flecha el sentido
de la corriente, se comprueba que está correctamente dibujado, ya que se
consiguen dos polos de un signo y otros dos de otro, siendo alternativos
entre sí.

aa
bb
cc

NS N
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

dd
ee

12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

a Figura 4.72.

9. Así, la representación circular de este devanado es:

12 1 2 12 1 2

11 11 12 1 3 11 11 12 1 3
10 10 2 4 10 10 2 4
93
9 93 5 9 84 5

84 7 65
765

8 76 8 76

a Figura 4.73. Representación circular. a Figura 4.74. Colocación de bobi-
nas y conexiones.

144 Unidad 4

ejemplo

En el ejemplo anterior se mostraba el devanado imbricado simple pro-
gresivo correspondiente al inducido de una máquina de corriente conti-
nua de 4 polos 12 ranuras y 12 delgas en el colector.
Si para las mismas características de máquina, se desea ejecutar un devanado
de tipo regresivo o cruzado, todos los datos de cálculo serán idénticos salvo
aquellos que se encuentren afectados por el paso de colector, que es –1.
Así los datos que cambian son:
• Paso del colector. YCOL = –1 (regresivo)
• Paso de conexión. Y2 = Y1 – YCOL = 3 + 1 = 4
Como Y2 es 4, las conexiones son de tipo cruzado:

34567

12345 a
Paso de conexión
Y2 b
c
a Figura 4.75. Paso de conexión regresivo.

De esta forma, el esquema del devanado el siguiente:

a
b
c

SN N

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

de de
gf gf

11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a Figura 4.76. Devanado de tipo regresivo o cruzado.

En él se observa que al situar las escobillas en las mismas delgas que en el deva-
nado anterior, al hacer el seguimiento del sentido de la corriente, el progreso se
hace hacia la izquierda en lugar de hacia la derecha como ocurría en el ejemplo
anterior.

En este caso el paso de conexión (Y2) tiene un valor superior, en una unidad,
al paso de sección (Y1), por tanto, el retorno de la conexión se hace sobre una
delga contigua anterior a la que se comenzó.

Máquinas rotativas de corriente continua 145

4.6. Diseño de devanados imbricados con más
de una sección

El proceso de cálculo es el mismo que el visto anteriormente. La diferencia radica
en que en este tipo de bobinado hay más de una sección por capa y, por tanto, es
necesario tenerlo en cuenta en el momento del diseño.

El número de secciones inducidas por bobina viene dado por la expresión:

u= D
K

Se deduce fácilmente que estos devanados se dan siempre que el número de
ranuras sea inferior al número de delgas. Además, para que todas las bobinas dis-
pongan del mismo número de secciones inducidas, la relación entre D y K debe
ser del doble, triple, etc.

ejemplo

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un importante
devanado simple progresivo.
Si el número de secciones induci-
Datos previos das es 1, los resultados para Y1 e Y2
coinciden con las unidades de medi-
• Número de polos: 2 (1 par de polos) p = 1 da dadas en número de ranuras.

• Número de ranuras K = 6

• Número de delgas D = 12

• Paso de colector YCOL = +1 (progresivo)

Datos principales

• Condición de ejecución. K = 6 =6
p 1

Es un número entero, por tanto el devanado se puede ejecutar.

• Paso de ranura o de bobina. YK = K = 6 =3
2p 2

• Secciones inducidas por bobina. u = D = 12 =2
K 6

Otros datos

• Paso polar. YP = YK = 3
• Número total de secciones inducidas. S = D = 12
• Número de bobinas del devanado. B = K = 12
• Ancho de sección. Y1 = YK · u = 3 · 2 = 6 secciones
• Paso de conexión. Y2 = Y1 – YCOL = 6 – 1 = 5 secciones
• Número total de secciones inducidas del devanado: 24.

(continúa)

146 Unidad 4

(continuación)

Diseño del esquema del devanado
1. Se representan los lados activos de las secciones inducidas en las ranuras,
que en este caso son 2 por bobina.

123456
a Figura 4.77. Haces activos de las secciones inducidas en ranuras.

2. Teniendo en cuenta que el ancho de sección Y1 es 6, dibujamos las cabezas
que unen los haces activos salientes de la ranura 1 con los haces activos
entrantes de la ranura 4. El número de secciones se cuenta a partir de la
ranura contigua a la bobina que se esté tomando como referencia.

123456

Secciones inducidas a contar
(en este caso Y1 = 6)

a Figura 4.78. Ancho de sección.

3. Se unen las cabezas de todas las secciones inducidas.

123456
a Figura 4.79. Unión de las cabezas de secciones inducidas.

4. Como el paso de conexión Y2 es de 5 secciones, por la parte de abajo del
esquema se unen entre sí la secciones inducidas de la misma bobina con
las de la siguiente según se muestra en la figura.

123456

Secciones a contar para 1ª conexión.
Secciones a contar para 2ª conexión.
a Figura 4.80. Paso de conexión entre secciones inducidas.

Máquinas rotativas de corriente continua 147

5. Se representan las delgas del colector y las cuatro escobillas separadas
entre sí de forma equidistante de forma similar a lo realizado para en los
ejemplos anteriores.

6. De igual forma, se supone un sentido de la corriente en las escobillas y se
marcan los polos del devanado.

1N2 3 4S5 6

11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a Figura 4.81. Devanado imbricado simple con dos secciones inducidas por bobina.

4.7. Diseño de devanados ondulados simples

Los devanados ondulados se caracterizan porque las conexiones entre bobinas o
secciones inducidas se realizan de tal forma que, en función del paso de conexión,
se avanza buscando el principio de una bobina que esté afectada en sus haces
activos por polos del mismo signo que los polos, de sus respectivos haces, de la
bobina inicial.
De esta forma, si una vez realizado el esquema, se siguen las conexiones entre
bobinas completando una vuelta a la armadura, se llegará a la delga contigua a
la que se partió.

NS N S

Delga de cierre de la primera vuelta
Delga de partida
a Figura 4.82. Vuelta completa de un devanado ondulado.

Hay que tener en cuenta que no todos los inducidos, en número de ranuras y
delgas, se pueden ejecutar como devanados ondulados, siendo en ese sentido más
exigentes en el cumplimiento de las condiciones de ejecución que los de tipo
imbricado

148 Unidad 4

Datos previos al cálculo

De igual forma que en los de tipo imbricado, se deben conocer algunos datos de

partida para realizar el cálculo: pares de polos de la máquina p, número de ranuras

K y número de delgas del colector D. En este caso, el cpoansodidceiócnoliencdtiosrpYenP shaabylequdee
calcularlo como se indica a continuación, ya que es

ejecución.

Secuencia de cálculo

A partir de los datos conocidos comienzan los cálculos necesarios para un correc-
to dimensionado del devanado:

• Paso 1. Se comprueba si el devanado se puede ejecutar.

YCOL = D±1 = Número entero
p

El dato ±1 corresponde a la decisión previa que se debe tomar sobre si el deva-
nado es de tipo progresivo o regresivo.

Así, para que un devanado ondulado pueda ejecutarse se debe cumplir lo si-
guiente:

– que YCOL sea un número entero,
– qué el número de delgas D del colector sea primo respecto al número de

pares de polos p.

• Paso 2. Realizamos los siguientes cálculos:

– Se calcula el ancho de bobina o paso de ranura:

YK = K
2p

Pudiéndose acortar o alargar si se considera conveniente.
– Se calcula el número de secciones inducidas por bobina u:

u= D
K

recuerda – Se calcula el paso de conexión Y2:

El paso de ranura o ancho de bobi- Y2 = YCOL – YK
na YK deber ser próximo al paso
polar YP, por ese motivo se puede En este caso se calcula tomado como unidad el número de secciones induci-
alarga r o acortar. das, pero si se deseara calcularlo en función del número de ranuras, el valor
de YK sería modificado, es decir, el acortado o el alargado.

• Paso 3. Otros datos que conviene saber son:

Paso polar YP = K
2p
Número total de secciones inducidas
Número de bobinas del devanado S=D
Ancho de sección (Y1)
B=K

Y1 = YK · u

Máquinas rotativas de corriente continua 149

• Paso 4. Como se ha dicho anteriormente, con independencia del número de caso práctico inicial
polos, un devanado ondulado solamente está formado por dos circuitos. Por
tanto, solo es necesario colocar un par de escobillas en el colector. No obstan- El hecho de que la máquina del
te, para mejorar la conmutación y repartir el consumo de corriente entre ellas, caso práctico inicial disponga de 4
es aconsejable poner tantos pares de escobillas como polos tenga la máquina. polos y solamente 2 líneas de esco-
Así, el paso para colocar las escobillas se calcula con la expresión: billas, indica que el devanado del
inducido es de tipo ondulado.

Ye = D
2p

ejemplo

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado ondulado simple progresivo.

Datos previos
• Número de polos: 4 (2 pares de polos) p = 2
• Número de ranuras K = 13
• Número de delgas D = 13

Datos principales

• Condición de ejecución. YCOL = D±1 = 13 + 1 =7
p 2

Es un número entero. Además, el número de delgas D = 13 es primo respecto
al número de pares de polos p = 2.

• Paso de ranura o de bobina.

YK = K = 13 = 3,25 _∼ 3 (Acortado)
2p 4

• Secciones inducidas por bobina. u = D = 13 =1
K 13

Otros datos

• Paso polar.

Yp = K = 13 = 3,25
2p 4

• Número total de secciones inducidas. S = D = 13

• Número de bobinas del devanado. B = K = 13

• Ancho de sección. Y1 = YK · u = 3 · 1 = 3 secciones

• Paso de conexión. Y2 = YCOL – YK = 7 – 3 = 4 secciones

• Paso de escobillas.

Ye = K = 13 = 3,25
2p 4

(continúa)