Maquinas Electricas

200 Unidad 5

recuerda El cálculo del paso de los principios de fase se obtiene con la expresión:

Para la construcción de las bobi- Y120 = K
nas de devanados excéntricos es 3p
necesario utilizar moldes que per-
mitan que todas tengan el mismo De igual forma que en los devanados concéntricos, con el resultado obtenido es
tamaño. necesario montar una tabla de principios de fase.

a Figura 5.75. Moldes para bobinas Hay que tener en cuenta que los principios de fase de la tabla obtenida solamente
excéntricas. indican el número de ranura en el que comienzan los grupos impares de cada uno
de los devanados.

Los grupos pares se representan de la siguiente forma:

• Devanados de una capa. En la ranura contigua a la que llega el haz activo de
entrada de la primera bobina del grupo.

• Devanados de doble capa. En la misma ranura en la que llega el haz activo de
entrada de la primera bobina del grupo.

ejemplo

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado excéntrico imbricado de una capa. Los datos de partida son:

• Número de polos: 4 (2 pares de polos). • Número de fases: q = 3.
• Número de ranuras: K = 24. • Una capa.

Cálculo

Datos principales

Bobinas totales del devanado B= K = 24 = 12
2 2

Número de bobinas por grupo U= B = 12 =1
2pq 2 · 2 ·3

Grupos por fase Gf = 2p = 2 · 2 = 4

Paso polar Yp = K = 24 =6
Paso de ranura 2p 2·2
Paso de principios de fase
Se acorta el paso polar a un número impar: YK = 5

Y120 = K = 24 =4
3p 3·2

Diseño
1. Se construye la tabla de principios de fase sumando sucesivamente, en
celdas contiguas, el resultado de la anterior más el valor de Y120:

U VW
159
13 17 21

Máquinas rotativas de corriente alterna 201

2. De igual forma que en los ejemplos anteriores, se representan todas las vocabulario
ranuras numeradas y se establecen colores para cada una de las fases.
Tomando los principios de la fase U, se dibujan los grupos impares con un Español-Inglés
paso de ranura 5. Una capa: single layer
Doble capa: double layer
U1 V Ranura: slot
15 Aislamiento de ranura:
13 1 slot insulation
Devanados ondulados:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 wave windings
a Figura 5.76. Representación de los grupos impares de la fase U. Número de ranura: slot number
Paso de ranura: slot pitch
3. Los grupos pares se representan en la ranura contigua a la que llega el
haz activo de entrada de la primera bobina del grupo. En este caso, el
segundo grupo se comienza a dibujar en la ranura 7 y el cuarto grupo en
la ranura 19. Lógicamente, con el mismo paso de ranura utilizado para
los grupos impares.

4. Se realiza la conexión entre grupos sabiendo que debe hacerse por polos.
5. Se dibujan los terminales que irán a la caja de bornes, es decir, los que

corresponden con la ranura 1 (U1) y con la ranura 19 (U2).
6. Se establece un sentido de corriente arbitrario y se comprueba que el

número de polos y la polaridad son correctos.

NSNSN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U1 U2
a Figura 5.77. Representación de las conexiones de la fase U.
saber más
7. Utilizando los valores de la tabla de principios de fase, así como el paso de
ranura, se procede a dibujar los devanados de las fases V y W de forma La operación de inserción de
similar a cómo se ha hecho con el anterior. bobinas en la armadura requiere
paciencia y delicadeza, ya que un
trabajo mal realizado puede dar
lugar a errores de montaje y de
aislamiento eléctrico.

NS N S N
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

W2 U2 V2
U1 V1
W1 a Figura 5.79. Inserción de bobinas
en un estator (Cortesía de Pinellas
a Figura 5.78. Devanados completos. Electric Motor Repair).

202 Unidad 5

saber más ejemplo

Las cuñas se deben utilizar para A continuación se muestra el devanado del ejemplo anterior, pero eje-
cerrar las ranuras y así evitar que cutado a doble capa.
las espiras de los devanados pue-
dan salirse de ellas. Cálculo

a Figura 5.80. Cuñas para cerrar Datos principales
ranuras.
Bobinas totales del devanado B = K = 24

Número de bobinas por grupo U = B = 24 = 2
2pq 2 · 2 ·3

Grupos por fase Gf = 2p = 2 · 2 = 4
Paso polar
Yp = K = 24 = 6
2p 2·2

Paso de ranura YK = 6
Paso de principios de fase
Y120 = K = 24 = 4
3p 3·2

Diseño

1. El paso de ranura coincide con el paso polar, ya que en los devanados de
doble capa no es necesario acortar.

2. Tomando los principios de la fase U se dibujan los grupos impares con un
paso de ranura 6. Hay que tener en cuenta que en esta ocasión cada ranu-
ra aloja dos haces activos.

1er grupo 3er grupo

recuerda 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Para asegurar que el diseño es a Figura 5.81. Representación de los grupos impares de la fase U.
correcto es aconsejable compro-
bar la polaridad en los devanados 3. Al ser un devanado de doble capa, los grupos pares se comienzan a dibujar
de todas las fases. a partir de la ranura a la que llega el haz activo de entrada de las primeras
bobinas de los grupos ya representados.

4. Se realizan las conexiones de los grupos por polos y se establece un sentido
de corriente para comprobar que la polaridad es correcta.

NSNS

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U1 U2

a Figura 5.82. Conexiones entre grupos del devanado de la fase U.

Máquinas rotativas de corriente alterna 203

5. Siguiendo el mismo criterio de diseño, se dibujan los devanados de las otras
dos fases.

NSNS
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U1 W2 V1 W1 U2 V2

a Figura 5.83. Devanado completo de doble capa.

Devanados ondulados recuerda

Un tercer tipo de devanado excéntrico es el denominado ondulado. De igual forma Los pasos característicos de este
que los de tipo imbricado, todas las bobinas que lo forman son del mismo tamaño. tipo de devanados son: YK (paso
de ranura), YC (Paso de conexión)
Este tipo de devanados se puede desarrollar a una o a doble capa, siendo más e YT (paso total).
común la segunda opción que es la que aquí se va a mostrar. La relación entre ellos es:

Los grupos de una fase se conectan en serie para conseguir la polaridad adecuada. YT= YK+ YC
Así, si se define que la conexión gráfica se puede hacer en avance (de izquierda a
derecha) o en retroceso (de derecha a izquierda), se puede establecer la siguiente Yk
norma de diseño de este tipo de devanados:
1234567
Los grupos impares de una misma fase se conectan entre sí en avance, y los pares en YC
retroceso. La unión entre los grupos que avanzan y los que retroceden se hace mediante
un puente de unión que enlaza la última bobina de los grupos impares con la primera Yt
de los grupos pares, para mantener así la polaridad en el devanado. a Figura 5.84. Pasos de un devana-
do ondulado.
En la siguiente figura se muestra un ejemplo de lo explicado anteriormente. Las
bobinas en avance se han representado en color verde y las en retroceso en color U1
naranja. Aunque se representan en colores diferentes, cabe recordar que todas
pertenecen al devanado de una misma fase.

aa

Puente
U1 U2

Figura 5.85. Ejemplo de las bobinas de una fase en un devanado ondulado.

Los devanados ondulados se pueden utilizar en estatores, aunque son especial-
mente recomendables para los rotores de máquinas asíncronas, ya que la distri-
bución de las bobinas facilita su equilibrado. Además, el número de conexiones
entre grupos disminuye considerablemente respecto a otros tipos de devanados,
como los concéntricos o los imbricados.

El cálculo de los devanados ondulados se realiza con las mismas expresiones uti-
lizadas para los imbricados de doble capa.

204 Unidad 5

ejemplo

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de un
devanado excéntrico ondulado. Los datos de partida son los siguientes:
• Número de polos: 6 (3 pares de polos).
• Número de ranuras: K = 18.
• Número de fases: q = 3.

Cálculo

Datos principales

Bobinas totales del devanado B = K = 18

Número de bobinas por grupo U= B = 18 =1
2pq 2 · 3 ·3

Grupos por fase Gf = 2p = 2 · 3 = 6
Paso polar
Yp = K = 18 =3
2p 2·3

Paso de ranura YK = YP = 3
Paso de principios de fase
Y120 = K = 18 = 2
3p 3·3

recuerda Diseño
1. Se construye la tabla de principios de fase sumando sucesivamente, en
El paso total YT se puede obtener celdas contiguas, el resultado de la anterior más el valor de Y120:
calculando la diferencia entre el
número de la ranura (de la tabla U VW
de principios) en la que comienza
un grupo menos el número de la 135
siguiente de la misma fase.
En nuestro ejemplo si se toman los 7 9 11
dos principios de la fase U: 7 - 1 = 6.
13 15 17

La tabla indica las ranuras en las que comienzan los grupos en avance.
2. Se establecen colores para las fases y se definen los principios y finales de

cada devanado como se ha hecho en ejemplos anteriores.
3. Como el paso polar es 3, también lo es el paso de ranura YK. Por tanto, se

dibujan las bobinas en avance sabiendo por la tabla de principios que los
grupos de esta fase deben comenzar en las ranuras 1, 7 y 13.
4. Se realizan las conexiones entre bobinas y se observa que el paso de
conexión YC es 3.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
a Figura 5.86. Representación de los grupos en avance de la fase U.

Máquinas rotativas de corriente alterna 205

5. Como se sabe que, en un devanado ondulado, una misma ranura en la
que ya existe un haz activo de una bobina en avance, siempre está ocupa-
da por otro haz activo de una bobina en retroceso, se dibujan los grupos
restantes, que en este caso son 3.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

a Figura 5.87. Representación de los grupos en retroceso de la fase U.

6. Se realiza el puente para unir los tres grupos de bobinas en avance con
los grupos de bobinas en retroceso. En este caso se encuentra entre las
ranuras 13 y 16.

7. Se conectan entre sí los grupos en retroceso.
8. Se establecen los terminales de principio y fin del devanado de la fase U

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Puente

U2

U1

a Figura 5.88. Puente entre grupos de bobinas.

9. Siguiendo el mismo criterio, se representan los devanados de las fases V y W.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Puente

W2 U2 V2
U1 V1 W1

a Figura 5.89. Devanado ondulado completo.

10. Como en los otros ejemplos de diseño, es conveniente establecer un sen-
tido de corriente para cada uno de los devanados, para así comprobar su
correcta ejecución.

206 Unidad 5

ACTIVIDADES FINALES

1. Realiza la actividad propuesta en la práctica profesional 1 para comprobar el funcionamiento de un alternador.

2. Haz lo mismo con la actividad de la práctica profesional 2 para acoplar un alternador a la red eléctrica y
hacer funcionar la máquina síncrona como motor.

3. Observa los esquemas de los siguientes devanados y responde las siguientes preguntas:
a) ¿Cuántas fases y polos tienen?
b) ¿Cuáles son los terminales que van a la caja de bornes? Etiquétalos.
c) ¿Qué tipo de conexión se ha realizado?
d) ¿Hay algún tipo de error en las conexiones o en la representación? Márcalos en las imágenes.
e) ¿Cuántas bobinas por grupo hay?, ¿cuántas salen en el cálculo?
f) ¿Cuáles son los principios de fase?

Devanado 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Devanado 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Devanado 3

W1 U1 V1
U2 V2
W2

Máquinas rotativas de corriente alterna 207

4. A continuación se presentan distintos tipos de devanados, cada uno con unas características determina-
das. Algunas consideraciones previas son las siguientes:

• Realiza los cálculos y diseña el esquema utilizando colores diferentes para los devanados de cada una de las
fases. Sigue el proceso de ejecución mostrado en la actividad de la práctica profesional número 2 para el
montaje y ejecución de cada uno de los devanados propuestos.

• En estatores de motores con rotor de jaula de ardilla, monta al menos 4 de los devanados propuestos.

• De forma experimental puedes fabricar cada bobina con hilo esmaltado de 0,5 ó 0,6 mm con un número
bajo de espiras (entre 10 y 20), aunque eso dependerá del tipo de máquina a utilizar. En lugar de alimentar
el devanado del motor con la tensión nominal, utiliza un autotransformador regulable trifásico (Variac trifá-
sico), aplicando progresivamente tensión al devanado desde 0 V hasta que el motor gire. Esto te permitirá
comprobar de forma rápida varios tipos de devanados en el aula-taller. No obstante, debes recordar que
esta técnica es completamente experimental y que un devanado real debe disponer del diámetro del con-
ductor y del número adecuado de espiras.

Los devanados propuestos son:

a) Devanados concéntricos trifásicos
Devanado concéntrico trifásico de 2 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado concéntrico trifásico de 8 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado concéntrico trifásico de 2 polos para un estator de 36 ranuras.
Devanado concéntrico trifásico de 6 polos para un estator de 36 ranuras.

b) Devanados concéntricos bifásicos
Devanado concéntrico bifásico de 6 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado concéntrico bifásico de 2 polos para un estator de 32 ranuras.

c) Devanados imbricados de 1 capa
Devanado excéntrico imbricado de 1 capa trifásico de 4 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado excéntrico imbricado de 1 capa trifásico de 6 polos para un estator de 36 ranuras.
Devanado excéntrico imbricado de 1 capa trifásico de 10 polos para un estator de 60 ranuras.

d) Devanados imbricados de doble capa
Devanado excéntrico trifásico imbricado doble capa de 2 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado excéntrico trifásico imbricado doble capa de 4 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado excéntrico trifásico imbricado doble capa de 8 polos para un estator de 48 ranuras.

e) Devanados ondulado
Devanado excéntrico trifásico ondulado de 2 polos para un estator de 24 ranuras.
Devanado excéntrico trifásico ondulado de 4 polos para un estator de 24 ranuras.

entra en internet

5. Localiza aplicaciones en las que aún se utilizan las máquinas síncronas funcionado como motor. Nombra un
par de ellas.

6. ¿En qué aplicaciones se están utilizando las máquinas asíncronas para generar energía?

208 Unidad 5

PRÁCTICA PROFESIONAL 1

HERRAMIENTAS puesta en marcha de un alternador

• Bancada y elementos de fijación
y acoplamiento

• Alternador trifásico de 4 polos OBJETIVO

• Motor de arrastre y regulador de Comprobar la frecuencia y el valor de la tensión de salida de un alternador al
velocidad (según indicaciones dadas modificar la velocidad del sistema motriz y la corriente de excitación.
en la practica profesional)
PRECAUCIONES
• Variac monofásico

• Puente rectificador • No manipules el cableado cuando el sistema está en funcionamiento.
• 3 bornes de raíl
• Toma las medidas de seguridad oportunas para evitar el contacto con las par-
MATERIAL tes móviles del sistema cuando el conjunto esté girando.

• Tacómetro óptico portátil • Sigue las indicaciones y precauciones dadas por el fabricante para usar el
• Voltímetro de corriente alterna tacómetro óptico.
• Frecuencímetro
• Amperímetro Nota. Como motor de arrastre se puede utilizar un motor de CC Shunt con un
reóstato para regular la tensión del inducido. También podría utilizarse un motor
trifásico con rotor en cortocircuito con un variador comercial de velocidad. En
cualquier caso, con ambos sistemas se obtendrían los mismos resultados.

DESARROLLO

1. Elabora un esquema del conjunto.

L1

N

Instrumentos de prueba Variador
de

velocidad

VF

Variac Bornes de prueba

Puente Alternador 3G~ M

rectificador + A sq Motor de arrastre

Excitación

-

a Figura 5.90. Esquema de conexiones del conjunto.

2. Sobre una bancada de pruebas monta un alternador trifásico de 4 polos y acóplale al eje un motor de arrastre
que pueda regularse en velocidad.

Alternador Acoplamiento Motor de arrastre
mecánico

U1 V1 W1 s

W2 U2 V2 q

Bancada de pruebas
a Figura 5.91. Máquina en bancada de pruebas.

Máquinas rotativas de corriente alterna 209

3. Conecta un voltímetro de corriente alterna y un frecuencímetro a los bornes de salida del alternador. Puedes
utilizar cualquiera de las fases para ello. Más tarde conecta el devanado de excitación del alternador al puente
rectificador través del Variac.

4. Conecta el sistema de variación de velocidad elegido para alimentar el motor de arrastre. Sobre el eje del
motor de arrastre o del alternador, coloca la marca reflectante necesaria para efectuar la medida con el
tacómetro óptico.

5. Alimenta el conjunto para poner en marcha el motor de arrastre. Con el tacómetro comprueba la velocidad de
giro del motor y observa lo que marca el frecuencímetro. Según este esquema, modifica la velocidad de giro y
anota los resultados en la tabla.

Marca reflectante

Tacómetro óptico

Hold Power Meter

a Figura 5.92. Detalle de uso del tacómetro para medir la velocidad de giro.

6. Con el motor en marcha a una velocidad fija, alimenta el devanado inductor hasta que el amperímetro muestre
la corriente de excitación indicada en la placa de características.

7. Varía la corriente de excitación arriba y abajo y anota los resultados en la siguiente tabla.

Relación de frecuencia en función de velocidad Relación de la tensión de salida en función
de arrastre de la corriente de excitación

Velocidad de giro (rpm) Frecuencia (Hz) Corriente de exc. (A) Tensión de salida (V)

200
500
750
1000
1500
2000

8. Desconecta el conjunto.

9. Conecta el voltímetro y el frecuencímetro entre dos fases diferentes y comprueba que se obtienen resultados
similares a los anteriores.

210 Unidad 5

PRÁCTICA PROFESIONAL 2

HERRAMIENTAS Bobinado del devanado
del estator de una máquina
• Todas las herramientas utilizadas en de corriente alterna
práctica profesional 1 de la Unidad 4

• Bobinadora manual y accesorios
• Moldes para bobinadora
• Útiles para la limpieza de ranuras

• Soldador rápido OBJETIVO
• Peladora de hilo esmaltado
Conocer la técnica para el bobinado (o rebobinado) del devanado del estator de
MATERIAL una máquina rotativa de corriente alterna.

• Estator de una máquina asíncrona PRECAUCIONES
• Cartón aislante para ranuras
• Tubo flexible • Utiliza guantes en las operaciones de montaje y desmontaje de la máquina.
• Hilo esmaltado de bobinar
• Alambre plano de atar • Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
• Cuerda de bramante o cinta de atar dad dictadas por tu profesor.
• Rotulador permanente
• Estaño Nota 1. La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista
• 2 m de hilo rígido de línea del rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso desea
realizar el cálculo del circuito eléctrico para una máquina nueva. De este modo,
se supone que conocemos el diámetro de conductor y el número de espiras que
hay que dar para la construcción de dichas bobinas.

Nota 2. Aquí se verá un proceso genérico de ejecución de un devanado trifásico
que puede estar destinado tanto a un motor como a un alternador CA, y que
podría servir para cualquiera de los tipos de devanados que se han mostrado
como ejemplo en la unidad.

DESARROLLO

1. Desmonta la máquina siguiendo la técnica vista en la práctica profesional 1 de la Unidad 4. No olvides lo siguiente:
a. Retirar las chavetas y cubrir el hueco con cinta aislante para evitar cortes.
b. Marcar la posición de los escudos con un rotulador indeleble para que en el montaje no haya problemas de ajuste.
c. Utilizar un extractor para retirar cojinetes, escudos, ventiladores y cualquier elemento del eje que sea necesa-
rio extraer para desmontar la máquina.
d. Si la máquina es un alternador, ten en cuenta que antes de desmontar los escudos debes retirar las escobillas.
e. Para que no se extravíen, guarda en una gaveta todos los elementos que vayas quitando.

a Figura 5.93. Motor desmontado. a Figura 5.94. Alternador desmontado.

Máquinas rotativas de corriente alterna 211

2. Toma el estator y retira de las ranuras cualquier resto del bobinado anterior utilizando útiles de limpieza, tales
como rascadores, cepillos metálico o limas redondas de picado fino.

a Figura 5.95. Útiles de limpieza de ranuras. a Figura 5.96. Detalle del proceso de limpieza.

Preparación del estator

3. Con una cinta métrica mide la longitud de una ranura del rotor. Debes dar aproximadamente 1 cm más de largo
para luego hacer un par de dobleces en los extremos.

4. Corta una tira de cartón aislante de aproximadamente el perímetro interno de una ranura. Haz varias pruebas
hasta conseguir el tamaño adecuado.

5. Toma las medidas y corta con la guillotina tantas tiras de cartón aislante como ranuras tenga la armadura.

6. Realiza un doblez de unos 5 mm en los extremos más estrechos de la tira aislante para reforzar los bordes de la
ranura.

a Figura 5.97. Preparación de los aislantes de ranura.

7. Dobla cada una de las tiras longitudinalmente de forma que se adapte al interior de las ranuras y viste todo el ro-
tor. Es importante realizar adecuadamente esta operación, ya que de ello depende el buen aislamiento eléctrico
de la máquina.

a Figura 5.98. Aislamiento de las ranuras del estator.

212 Unidad 5

PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)

Construcción de las bobinas
8. Utilizando un hilo rígido de 1 mm2 se toma medida del ancho de bobina en función del esquema del devanado.
Si es de tipo concéntrico, la medida a tomar debe ser la de la bobina más pequeña del grupo; si es excéntrico, la
misma medida sirve para todas las bobinas del devanado. Debes tener en cuenta que la medida a tomar debe
hacerse para que las espiras no queden demasiado justas, pero también para que las cabezas de los grupos no
se salgan fuera de la carcasa de la máquina.

a Figura 5.99. Ejemplo de técnica para tomar la medida del tamaño de una bobina.

9. Coloca sobre la bobinadora los moldes (concéntricos o excéntricos) que sean necesarios para el devanado a
ejecutar.

10. Inserta el hilo con la medida entre las dos piezas del molde y ábrelas hasta que se ajusten a él.
11. Sigue la técnica vista en la práctica profesional de la Unidad 2 para la construcción de bobinas mediante una

bobinadora manual y moldes preformados.

a Figura 5.100. Apertura de los a Figura 5.101. Ejemplo de construcción de bo- a Figura 5.102. Ejemplo de grupo con-
moldes en la bobinadora para el binas para un devanado concéntrico. céntrico de tres bobinas.
tamaño de la bobina.

12. Si el grupo tiene más de dos bobinas, ten la precaución de que la espira de paso de unas a otras esté del
mismo lado.

13. Construye todas las bobinas con el mismo número de espiras.

Máquinas rotativas de corriente alterna 213

14. Antes de sacarlas de molde, ata las espiras con la cuerda de bramante con la cinta de atar para evitar que se
desmonten cuando estén fuera de él.

15. Construye todos los grupos de bobinas que requiere el devanado.

Ejecución del devanado
16. Con un rotulador indeleble marca en el estator la ranura que servirá como referencia. Ranura número 1. Es

importante llevar un cómputo correcto de la ranura de referencia, así no cometeremos errores en el proceso.
17. Comienza la ejecución del devanado siguiendo el esquema de derecha a izquierda.
18. Inserta un grupo de bobinas en el hueco del estator teniendo la precaución de que sus terminales estén por el

lado en el que la carcasa tiene el hueco para realizar las conexiones en la caja de bornes.
19. Aplasta el haz de la bobina de forma que la puedas insertar hilo a hilo en el interior de la ranura.

Hueco para pasar los
terminales del devanado
a la caja de bornes

Terminales de las bobinas

a Figura 5.103. Inserción y colocación de las bobinas en a Figura 5.104. Detalle de la colocación de los hilos
el interior del estator. para su mejor inserción.

20. Ten la precaución de que ninguno de los hilos quede por detrás del aislante de ranura.

21. Inserta todo el grupo con el paso de ranura mostrado en el esquema.

22. Ten la precaución de no haber girado ninguna de las bobinas del grupo y de que todas ellas se han insertado
siguiendo el mismo sentido del hilo.

Mal

Espira de unión
entre bobinas
del mismo grupo

a Figura 5.105. Inserción correcta de bobinas. a Figura 5.106. Inserción incorrecta de bobinas.

214 Unidad 5

PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)

Concreción en un devanado de tipo concéntrico
23. Si el devanado es de tipo concéntrico como el mostrado a continuación, se deben insertar los grupos en el or-

den indicado. Cierra cada ranura con una cuña de dimensiones adecuadas para evitar que las espiras salgan al
exterior. Debe tenerse en cuenta que las bobinas que se encuentran en las ranuras 1 y 2 deben levantarse para
poder peinar el devanado.

1 2 3 4 56

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U1 W2 V1 W1 U2 V2

a Figura 5.107. Ejemplo de un devanado concéntrico trifásico de 24 ranuras 4 polos.

24. Para insertar el último grupo (el número 6), que es el que cierra el devanado, es necesario levantar los lados
activos de las ranuras 1 y 2 pertenecientes al primer grupo y superponerlos sobre los dos del último.

1 Se sacan los dos primeros Se cierra
2 haces del grupo 1 el devanado

Meter Meter

6 Sacar

53
4

a Figura 5.108. Proceso de ejecución del bobinado de tipo concéntrico.

Concreción en un devanado de tipo excéntrico

25. Si el devanado es de tipo imbricado de una capa, el procedimiento para cerrar el devanado es similar al de tipo
concéntrico. En este caso se deben ir introduciendo sucesivamente las bobinas que empiecen en ranuras impares.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U1 W2 V1 W1 U2 V2

a Figura 5.109. Devanado imbricado de una capa trifásico de 24 ranuras y 4 polos.

26. Al llegar a las dos últimas bobinas, se dejan sin meter en las ranuras los haces de entrada. Se deben levantar las
bobinas que ocupan las ranuras 2 y 3 e insertar los haces de las ranuras 2 y 4.

Máquinas rotativas de corriente alterna 215

27. Una vez hecho esto, se vuelven a colocar las bobinas iniciales, de este modo el devanado queda completamente
cerrado.

Meter Meter

Levantar

a Figura 5.110. Ejecución del devanado imbricado de una capa.

Conexión de los grupos

28. Siguiendo el esquema del devanado, y utilizando la técnica de soldadura vista en la práctica profesional 2 de la
Unidad 4, realiza las conexiones entre los grupos de los diferentes devanados. Luego etiqueta con cinta adhe-
siva blanca cada uno de los terminales del devanado.

W2 V1 U1 W2 V1
U1

V2 3 5 W1 V2
U2 7
1 3 W1
23 15

6
23 7

9 21 9 Unión 6-12
Unión 7-13
21 20 10 Unión 7-13
11
19 U2 19 11
17 12
13 17 16 15 14 13
15
Unión 15-21 Unión 15-21 Unión 10-16
Unión 11-17 Unión 14-20 Unión 11-17

a Figura 5.111. Conexiones de devana- a Figura 5.112. Conexiones de devanado
do concéntrico. imbricado de una capa.

29. Conecta cada una de las terminaciones del devanado a sus bornes correspondientes de la caja de bornes. Aislar
con tubo flexible el conductor en todo su recorrido y llevarlo por el contorno del devanado para que no estorbe
al rotor. No olvides retirar el esmalte de hilo para realizar las conexiones en los bornes. Finalmente, cose fuerte-
mente con cinta o cuerda de bramante todo el devanado.

a Figura 5.113. Ejecución del deva- a Figura 5.114. Encintado del con- a Figura 5.115. Devanado montado y
nado. junto. barnizado.

30. A falta de barnizar el conjunto, el devanado se puede considerar finalizado. Antes de pasar a su montaje final y
puesta en marcha, se deben realizar las comprobaciones indicadas en la práctica profesional 4 de esta unidad.

216 Unidad 5

HERRAMIENTAS PRÁCTICA PROFESIONAL 3

• Herramientas de electricista Bobinado del inductor
• Bobinadora manual y todos de un alternador

sus accesorios OBJETIVO
• Devanador, micrómetro y polímetro
• Rotor de alternador de 4 polos • Conocer la técnica para el bobinado (o rebobinado) del devanado inductor
• Soldador y peladora de hilo esmaltado de un alternador.
• Cepillos, rascadores, limas redondas
PRECAUCIONES
de picado fino, etc.
• Guillotina de cartón • En las operaciones de limpieza de ranuras debes evitar dañar la chapa mag-
nética del interior.
MATERIAL
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
• Rotulador permanente dad dictadas por tu profesor.
y cartón aislante
Nota. La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista
• Cuñas rígidas para cierre de ranuras del rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso se de-
• Hilo esmaltado de bobinar sea realizar el cálculo del circuito eléctrico del inductor para una máquina nueva.
• Alambre plano de atar Se presupone que el diámetro de conductor y el número de espiras que hay que
• Estaño utilizar para la construcción son datos conocidos.
• Cinta de carrocero de 2 cm da ancho
• Cuerda, cinta o bridas de correderas

DESARROLLO

Preparación del rotor

1. Para preparar el rotor sigue los pasos vistos en la práctica profesional 3 de la Unidad 4. Según lo estudiado en
dicha unidad, debes recordar lo siguiente:

a. Eliminar, utilizando los utensilios de limpieza, cualquier rastro del antiguo devanado y de sus aislantes. Para
ello es aconsejable que fijes el rotor en un soporte adecuado.

b. Coloca los aislantes en cada una de las ranuras. Comprueba, también, con un polímetro que no existe conti-
nuidad entre los dos anillos, y entre estos y cualquier elemento metálico del tambor y del eje del rotor. Final-
mente, cubre con cartón aislante la parte del eje sobre la que se van a apoyar las cabezas del devanado.

TTL

400 mA 1000 V
MAX 750 V

500 V MAX

Aislante flexible Aislante flexible

a Figura 5.116. Comprobación del aislamiento. a Figura 5.117. Aislamiento de ranuras.

Máquinas rotativas de corriente alterna 217

Bobinado del rotor

2. Diseñar el esquema del devanado sabiendo que es un inductor de 4 polos, cuyo tambor dispone de 4 dientes lisos y
que por cada grupo requiere dos bobinas. Hay que tener en cuenta que para este tipo de rotor es necesario ejecutar
un devanado de tipo concentrado, es decir, cada grupo de bobinas formará un polo por cada uno de los dientes li-
sos que tiene el tambor. Como para cada polo se dispone de cuatro ranuras, se ha de diseñar un devanado formado
por cuatro grupos de dos bobinas cada uno, cuya conexión es la mostrada en el siguiente esquema:

12 SNSN 15 16
3456 7 8 9 10 11 12 13 14

sq
a Figura 5.118. Esquema del devanado inductor para un alternador de 4 polos.

3. Toma la medida de la bobina más pequeña de cada grupo.

Hilo rígido
de 1 mm2

a Figura 5.119. Toma la medida de la bobina más pequeña del grupo.

4. Saca el hilo y colócalo en los moldes en la bobinadora como ya se ha visto anteriormente. Construye los cuatro grupos
de bobinas concéntricas e insértalos en sus ranuras correspondientes. Ten en cuenta que cada grupo debe tener en
el centro de sus bobinas el diente liso de su correspondiente polo y, además, que los terminales de las bobinas deben
quedar por el lado de los anillos. Finalmente, cierra las ranuras con cuñas para evitar que el hilo salga al exterior.

Grupo de Diente liso del polo
bobinas

Cuñas para el cierre
de ranuras

a Figura 5.120. Inserción de un grupo de bobinas.

5. Completa el devanado de la armadura. Después realiza la conexión entre los grupos según el esquema. Utiliza la
técnica de soldadura y cubre las uniones con tubo flexible de fibra de vidrio.

6. Conecta los dos hilos de los extremos del devanado a los bornes de los anillos. Utilizando cuerda o cinta de algo-
dón, ata las cabezas de las bobinas. En esta ocasión, y siempre que no moleste al giro del rotor, puedes utilizar
bridas de corredera para realizar esta función.

218 Unidad 5

MUNDO TÉCNICO

variación de velocidad en motores de inducción

La regulación de velocidad en máquinas eléctricas ro- Este tipo de motores, denominados Dahlander, dispo-
tativas siempre ha sido una necesidad industrial. Hasta nían de dos o tres posibles velocidades y requería un
los años 60 del siglo xx, para conseguir sistemas re- complejo sistema de arranque basado en contactores
gulables eficientes se recurría a motores de corriente y relés. Si bien algunos fabricantes de motores aún dis-
continua cuya velocidad se regulaba mediante volu- ponen de este tipo de máquinas en sus catálogos, en la
minosos reóstatos, que eran mayores cuanto mayor lo actualidad la tendencia es a su desaparición.
era también la potencia de las máquinas. El desarrollo
de la electrónica de potencia, basada en rectificadores Parece claro que la mejor forma de regular la velocidad
de silicio controlados, sustituyó dichos reóstatos por de un motor de corriente alterna es actuando sobre la
sistemas mucho menos aparatosos y operativos. No frecuencia de la red de alimentación. No obstante, esto
obstante, las máquinas de corriente continua tiene el no ha sido posible hasta que no se han desarrollado (y
hándicap de disponer de un sistema de conmutación abaratado) los sistemas de electrónica de potencia. La
(el colector y las escobillas) que es necesario mantener evolución de los variadores de frecuencia ha permitido,
de forma continuada. desde el punto de vista del técnico instalador, que la
regulación de la velocidad en un motor de corriente
Desde el punto de vista del mantenimiento, los moto- alterna sea una tarea enormemente sencilla.
res de corriente alterna con rotor en cortocircuito pre-
sentan numerosas ventajas respecto a los de corriente Así, en la actualidad el variador de velocidad posible-
continua. Sin embargo, como el control de velocidad mente sea uno de los dispositivos más utilizados en
depende directamente de la frecuencia de la red de ali- la industria, no solo por su principal función, la de re-
mentación y del número de pares de polos de la máqui- gulación de velocidad, sino porque permiten que los
na, no es posible ejecutar esta operación de forma tan motores arranquen de forma progresiva sin necesidad
inmediata como en los motores de CC. de utilizar otros sistemas como el estrella-triángulo o
el autotransformador. Además, facilitan la ejecución
Una de las primeras soluciones que se dio a este pro- de maniobras, como pueden ser la inversión del sen-
blema consistió en diseñar el devanado de la máquina tido de giro o el frenado por inyección de corriente
de tal forma que fuera posible cambiar el número de continua, sin recurrir a circuitos externos de relés o de
polos permutando la conexión en su caja de bornes. contactores.

a Figura 4.121. Variador de velocidad para un motor de inducción.

Máquinas rotativas de corriente alterna 219

EN RESUMEN

MÁqUINAS DE CORRIENTE ALTERNA (CA)

Principio de funcionamiento Clasificación de las máquinas CA

Frecuencia Máquinas sincronas Máquinas asíncronas

Ángulo eléctrico Generador Motor Generador Motor
Sistema de fases (Alternador)

Campo magnético Circuito magnético Circuito eléctrico
giratorio Excéntricos

Tipos de devanado Concéntricos

EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas

1. El inductor del alternador está en: 5. Un motor de rotor bobinado dispone de:
a. 3 anillos en el rotor.
a. el estator. c. No tiene. b. 2 anillos en el rotor.
c. un devanado tipo jaula en el rotor.
b. el rotor. d. en un devanado
tipo jaula. 6. Los devanados imbricados:
a. son de tipo concéntrico.
2. Una máquina síncrona puede llegar a la velocidad b. tienen todas las bobinas iguales.
de sincronismo. c. solamente se utilizan en alternadores.

a. Verdadero. b. Falso. 7. ¿En qué tipo de devanado se realiza la conexión
por polos consecuentes?
3. Los motores de corriente alterna basan su funcio-
namiento en el denominado:

4. La velocidad de un motor de corriente alterna de-
pende de:

Otras máquinas

6 eléctricas rotativas

vamos a conocer...

1. Introducción
2. Motores monofásicos
3. Motores de imanes permanentes
PRÁCTICA PROFESIONAL

Bobinado de un motor monofásico
MUNDO TÉCNICO

El motor lineal

y al finalizar esta unidad...

Conocerás otros tipos de máquinas eléctricas
rotativas.
Identificarás los devanados de los motores
monofásicos.
Diseñarás diferentes devanados para motores
monofásicos.
Conocerás cómo están constituidos los motores
sin escobillas o Brushless.
Identificarás los elementos que constituyen un
motor Paso a paso.
Construirás el devanado de un motor
monofásico de inducción.

221

situación de partida CASO PRÁCTICO INICIAL

Abel y Fermín llevan varios meses desmontado y reparando todo vencional, ya que las conexiones se realizan mediante conecto-
tipos de máquinas de corriente continua y alterna. Sus destrezas res roscados de varios pines. El rotor no tiene devanado, pero
y técnicas en el bobinado y rebobinado han aumentado exponen- tampoco es un rotor de jaula de ardilla como en los motores de
cialmente en los últimos meses. No obstante, al taller han llegado inducción conocidos. Se han observado en él potentes imanes, ya
algunas máquinas rotativas difíciles de catalogar. que ha sido difícil su extracción al quedarse pegado en el estator.
Además, al ponerlo sobre la mesa de trabajo, varias herramientas
Por un lado han observado que los motores monofásicos están que se encontraban en su proximidad, ha sido atraídas de forma
a la orden del día. Y al contrario de lo que podría parecer, algu- inmediata.
nos de ellos tiene una potencia considerable. Al desmotar este Como curiosidad, y con ganas de ampliar sus conocimientos
tipo de máquinas han apreciado que solamente disponen de dos de máquinas rotativas, han desmontado algunas herramientas
devanados de tipo concéntrico, uno de ellos, en ocasiones, está eléctricas y han visto cómo varias de ellas disponen de motores
conectado a uno o dos condensadores, en otras a un interruptor diferentes, unos tienen colector de delgas y escobillas, como las
dispuesto en el escudo de la propia máquina. También es habitual máquinas de corriente continua, y otros, en lugar de un devanado
encontrar una especie de relé en el interior de la caja de bornes. convencional, cuentan con una bobina ejecutada en un carrete
similar a los usados en los transformadores.
Por otro lado, están recibiendo motores cuya forma exterior es
muy cuadrada, y que no disponen de una caja de bornes con-

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. ¿Cuáles son los motores más utilizados en entornos 6. ¿Cómo se conectan los devanados de un motor mo-
industriales? nofásico?

2. ¿De cuántos devanados dispone un motor mo- 7. ¿Cuál es el número de polos de un motor de los de-
nofásico? nominados Brushless?

3. ¿Qué misión tiene el interruptor que algunos motores 8. ¿De cuántos devanados disponen los motores Brushless?
monofásicos poseen en uno de sus escudos?
9. ¿Requieren los motores Brushless un sistema de con-
4. ¿Por qué algunos motores monofásicos tienen una mutación?, ¿puede ser este de tipo colector con es-
especie de relé en el interior de la caja de bornes? cobillas?

5. ¿Es igual el proceso de diseño de los devanados de un 10. ¿A qué tipo de motores pertenece un rotor que dis-
motor monofásico al de los trifásicos o bifásicos? pone de numerosos dientes de imanes permanentes?

222 Unidad 6

caso práctico inicial 1. Introducción

Los motores trifásicos de induc- Los motores trifásicos de inducción con rotor en jaula de ardilla son los más uti-
ción con rotor en jaula de ardilla lizados en entornos industriales, ya que presentan numerosas ventajas respecto a
son los que más se utilizan actual- otros motores. Estas ventajas son:
mente en la industria.
• Menor tamaño para una misma potencia.
• Facilidad de inversión del sentido de giro.
• Mejor rendimiento.
• No necesitan elementos auxiliares para su arranque (condensador o interrup-

tor centrífugo).
• Fácil variación de velocidad pos sistemas electrónicos.

No obstante, existen otros tipos de motores que debes conocer, pues se utilizan
en electrodomésticos, herramientas eléctricas, sistemas de climatización o en
entornos de automatización. Algunos de ellos, como los motores denominados
Brushless, están adquiriendo tanta fuerza en el mercado, que están relegando a
los de corriente continua a aplicaciones residuales.

En esta unidad se van a estudiar dos grupos de motores:
• Motores de corriente alterna monofásicos.
• Motores con imanes permanentes.

a Figura 6.1. Motor monofásico. a Figura 6.2. Motores de imanes permanentes.

UN 2. Motores monofásicos

a Figura 6.3. Símbolo general de un Los motores monofásicos están diseñados para conectarse a un sistema de alimen-
motor monofásico. tación monofásico (fase + neutro). En general suelen disponer de baja potencia,
aunque algunas aplicaciones, como ocurre con los utilizados en climatizadores,
rompen esta norma.

Su clasificación puede ser la siguiente:

• Motores de inducción
– De fase partida o fase auxiliar
– Motor con condensador (de arranque y/o permanente)
– Motor con relé de arranque
– Motor de espira

• Motores de rotor bobinado
– Motor universal

Otras máquinas eléctricas rotativas 223

2.1. Motores monofásicos de fase partida o fase auxiliar caso práctico inicial

Estos motores están constituidos por un circuito eléctrico y otro magnético, que El circuito eléctrico de un motor
coinciden con los ya estudiados para los motores trifásicos de inducción con rotor monofásico está constituido por
en cortocircuito. El circuito eléctrico se encuentra en el estator y está formado dos devanados, uno de trabajo y
por dos devanados de tipo distribuido. Uno de ellos es el devanado de trabajo o otro de arranque.
principal y otro es el devanado de arranque o auxiliar. Ambos están desfasados
entre sí 90° eléctricos. Además, el devanado auxiliar está constituido por bobinas, Par
espiras y un conductor de menor diámetro, por lo que la impedancia entre ambos
devanados es diferente. Par de ambos devanados

Un motor monofásico está diseñado para trabajar con un solo devanado (el Par del devanado principal N
principal). Como con él es incapaz de arrancar por sí mismo, es necesario conec- Velocidad de conmutación
tar otro devanado (el auxiliar) para hacerlo funcionar durante unos instantes,
como si de uno bifásico se tratase, produciéndose así el par necesario para poder a Figura 6.4. Curva par-velocidad de
arrancar. un motor monofásico.

El devanado de arranque o auxiliar no está diseñado (por número de espiras y
diámetro del conductor) para trabajar de forma continuada, de modo que debe
desconectarse una vez haya cumplido su función, que es el arranque del mo-
tor. Para ello se utiliza habitualmente un dispositivo denominado interruptor
centrífugo, que no es más que un contacto eléctrico, normalmente cerrado,
acoplado a uno de los escudos de la carcasa. Este se abre mediante un sistema
acoplado al eje que se desplaza debido a la fuerza centrífuga producida por el
propio giro del motor.

El interruptor centrífugo se conecta en serie con el devanado de arranque, y el
conjunto a su vez en paralelo con el devanado de trabajo. Las conexiones entre
ambos se hacen en el interior del motor y rara vez se sacan los terminales de am-
bos devanados de forma independiente a la caja de bornes.

Una representación de lo anterior se muestra en las siguientes figuras:

recuerda

El interruptor que se encuentra
en el escudo de algunos motores
monofásicos se denomina interrup-
tor centrífugo y tiene como misión
desconectar el devanado de arran-
que una vez que el motor ha con-
seguido su velocidad nominal.

a Figura 6.5. Accionamiento del eje y contacto del interruptor centrífugo.

La inversión del sentido de giro se consigue permutando los dos terminales de
conexión de un devanado respecto a otro. Este tipo de motores presenta un bajo
par de arranque, por eso solamente son utilizados para aplicaciones domésticas en
las que la carga sobre su eje no resulte demasiado crítica.

Otro inconveniente que presenta este tipo de motores aparece en el interruptor
centrífugo que, como cualquier dispositivo electromecánico, sufre desgaste con
el uso y, por tanto, genera averías y fallos que pueden desembocar en un funcio-
namiento anómalo del motor. En estos casos, debido a la posición del interruptor
en la máquina, será necesario desmontar el conjunto para acceder a él y así poder
repararlo.

224 Unidad 6

Muchos sistemas de refrigeración y de aire acondicionado utilizan motores mo-
nofásicos de ponencia media.

LN LN
Devanado de trabajo Devanado de trabajo

Devanado de aranque Devanado de aranque

Int. centrífugo Int. centrífugo

a Figura 6.6. Conexión de los devanados de un motor de fase partida para ambos sentidos de giro.

2.2. Motor monofásico con condensador

De igual forma que los de fase partida, los monofásicos con condensador están
constituidos por dos devanados, uno de trabajo y otro auxiliar. En lugar de un
interruptor centrífugo, se conecta un condensador en serie con el devanado auxi-
liar, permitiendo así aumentar el desfase entre las corrientes de ambos devanados
y haciendo funcionar el motor como si fuera bifásico.

a Figura 6.7. Condensador utilizado a Figura 6.8. Motores monofásicos con uno y dos condesadores de arranque
en el arranque de motores. (Cortesía de Waylead).

LN Los motores de condensador pueden ser de dos tipos: con condensador de arran-
que y/o con condensador permanente.
Devanado de trabajo
Condensador L NL N
Int arranque Dev. de aranque
Con coDenvadnaedondseatradbaojor de arranque Devanado de trabajo
a Figura 6.9. Motor con condensa-
dor de arranque. Consiste en conectar un condensador de alta capacidad (entre 50 y 600 µF) en

sbeorCpsioeendrmdeceanvonseanandntoeeralddoDesevvy.adnaesaaírdapnoqoudne eerarernanmqaurechpInatarCeaolanprmdraernnooqsuvatedooorrc.arDeuvn. dedaerasnfqausee suficiente entre am-

El condensador debe desconectarse unCapoenvrmdeeanznseqandtuoere el motor consiga su velocidad no-
minal. Este tipo de arranque consigue un buen par, por lo que puede ser utilizado
para aplicaciones con cargas críticas.

NL N LCon condensador permNanente

Devanado de trabajo ConsisDteevaenandocdoe ntraebacjotar de forma permanente un condensador en serie con el de-
vanado auxiliar. Este condensador es de menor capacidad (hasta 60 µF) que los
Condensador Dev. de aranque utilizCaodndoesnssaodolramente para el arranque, y debe ser elegido de forma cuidadosa en
permanente funIntcióanrradnqeuelas cDaerva. dcetaerarníqsuteicas del motor.

a Figura 6.10. Motor con condensa- EstosComndoentsoadroers no poseen un buen par de arranque, sin embargo, su consumo de
dor permanente. corriepnertmeaneesntemenor en funcionamiento continuado y logran un buen rendimiento.

Otras máquinas eléctricas rotativas 225

Motores con dos Lcondensadores NL N LN

Se utilizan para motores de gran potencia y consiste en dotar al sistema de los dos Devanado de trabajo
métodos de arranque por conDedveannadsoaddeotrrabvajiostos anteriormente, mDeevajnoardao ndedtroabaajosí el par
de arranque y, en general, Ceolndreennsaddoirmiento del conjunto. Condensador Condensador
En motores con dos conIntdenarsraandquoereDse,v.edle adraenqaureranque debepesremrandenetesconDeevc. tdeadaroanqduee la Int arranque
red de alimentación, utilizando un interruptor centrífugo o relé, una vez haya Dev. de aranque
realizado su función.
Condensador
permanente

2.3. Motores con relés de arranque a Figura 6.11. Motor con doble con-
densador.
El uso del interruptor centrífugo es simple y efectivo, no obstante, en tareas de
mantenimiento y reparación es necesario desmontar la máquina para acceder a
él. El uso de relés de arranque externos, que se alojan en la caja de bornes, evita
tener que realizar esta operación.

Los relés de arranque disponen de un órgano de mando (bobina) y de uno
o más contactos de utilización, pudiendo ser de dos tipos: de corriente o de
tensión.

Arranque con relé de corriente a Figura 6.12. Relé de arranque
(Cortesía de JCM Controls).
En este arranque la bobina del relé se conecta en serie con el devanado de trabajo,
y su contacto en serie con el devanado de arranque. caso práctico inicial

Cuando se conecta el motor a la red de alimentación, la corriente aumenta El relé del que algunos motores
excitando la bobina del relé y cerrando su contacto. Esto permite la conexión monofásicos disponen en su caja
del devanado auxiliar y con ello el arranque del motor. Cuando este adquiere de bornes, se utiliza para desconec-
entre el 80 y el 85% de la velocidad nominal, la corriente disminuye desacti- tar el condensador de arranque.
vando la bobina del relé, abriendo así su contacto y desconectado el devanado
auxiliar. Arranque con ambos condesadores
Con condensador de
Arranque con relé de tensión Par
Desconexión delarranque
El relé de arranque basado en tensión está diseñado para trabajar con motores condensador de Arranque
de dos condensadores (de arranque y permanente). En este caso la bobina del
relé funciona por tensión y se conecta en paralelo con el devanado auxiliar. Así, N
cuando este recibe tensión en sus bornes, la máquina arranca (con un buen par)
mediante uno de los condensadores. La bobina del relé se excita y abre su contac- a Figura 6.15. Curva par-velocidad
to, desconectando dicho condensador. La excitación de la bobina se mantiene a en un motor monofásico de dos
través del segundo condensador (el permanente) que está conectado en serie con condensadores.
el devanado de arranque.

L NL N

Relé Devanado de trabajo
de corriente Devanado de trabajo

Int Condensador Cond.
arranque arranque
Dev. de aranque Dev. de aranque

Condensador Cond. Relé de
permanente permanente tensión

a Figura 6.13. Esquema de conexión del relé de a Figura 6.14. Esquema de arranque
corriente. mediante un relé de tensión.

226 Unidad 6

a Figura 6.16. Sentido de giro del 2.4. Motor de espira
motor de espira de sombra.
También denominado de espira de sombra o espira en cortocircuito, es un motor
a Figura 6.17. Motor de espira de monofásico de inducción con una potencia muy reducida, cuyo principal campo
sombra. de aplicación se centra en la fabricación de electrodomésticos y herramientas
eléctricas de baja potencia.
a Figura 6.18. Devanado del ro-
tor de un motor universal. El rotor es de jaula de ardilla y el estator de polos salientes. La piezas polares del
estator están divididas en dos partes, de las cuales una de ellas dispone de un ani-
llo de cobre que lo rodea de forma trasversal denominado espira de sombra. Así, la
corriente inducida sobre ella desfasa el flujo, atrasándolo lo suficiente para crear
un campo giratorio capaz de arrancar y hacer girar el rotor.

El devanado del estator suele ejecutarse sobre un carrete aislante, similar a los
utilizados para los transformadores, y en cuya ventana se introduce el núcleo
magnético.

No necesitan condensador ni interruptor de arranque como los motores estu-
diados anteriormente, por lo que resultan muy económicos. No obstante, sus
aplicaciones industriales son muy limitadas debido a su bajo par de arranque y a
su pobre rendimiento. En este tipo de motores no se puede invertir el sentido de
giro, ya que la espira de sombra lo determina de fábrica.

2.5. Motor universal

El motor universal es en realidad un motor de corriente continua que se conecta
a una red de corriente alterna con algunas variaciones. Se utiliza principalmente
para máquinas de poca potencia (no más de 1 CV) y tienen especial aplicación
en máquinas herramientas y electrodomésticos.

Como cualquier máquina de continua está constituida por el circuito inductor,
alojado en el estator, y por el circuito inducido, alojado en el rotor. En este caso
ambos devanados se conectan en serie. La corriente alterna, al cambiar de pola-
ridad en cada semiciclo, también cambia el sentido de la corriente y del campo
inductor. Por tanto, el par no cambia y el motor gira en el mismo sentido en el
que arrancó.

El motor presenta las siguientes características:

• Al tratarse de una máquina en serie tiene un buen par de arranque.

• Gran velocidad (hasta 8 000 rpm).

• Facilidad para regular su velocidad.

• Se puede invertir el sentido de giro permutando uno de sus devanados.

• Menos potencia que su equivalente en continua.

• Al utilizar corriente alterna, el chisporroteo en el colector es mayor y, por
tanto, también lo es su desgaste y el de las escobillas.

• La velocidad de giro cambia en función de la carga.

De igual forma que las máquinas de corriente continua, los motores universales
tienen el inconveniente de operar mediante un sistema de conmutación basado
en un colector de delgas y en escobillas. Por tanto, funciona con elementos
que requieren especial atención desde el punto de vista del mantenimiento y
la reparación.

Otras máquinas eléctricas rotativas 227

2.6. Devanados de motores monofásicos de inducción caso práctico inicial

Todos los devanados de motores monofásicos de inducción (con la excepción de El proceso de diseño de los deva-
los de espira de sombra) son de tipo concéntrico y se ejecutan de forma distribui- nados de un motor monofásico
da. Los devanados, el principal y el auxiliar, deben diseñarse de forma indepen- de inducción es muy similar al ya
diente. Ambos entre sí pueden estar separados o superpuestos. visto para los trifásicos y bifásicos.
En este caso, el cálculo geométri-
Devanados separados co parte de unos datos comunes,
Son aquellos en los que las bobinas de ambos devanados no utilizan ranuras co- pero utiliza expresiones diferentes
munes. Las expresiones para el cálculo geométrico son las siguientes: para el devanado de arranque y
para el de trabajo.
Devanado principal Devanado auxiliar
NSN
Número de bobinas por grupo U= K =m Ua = K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Número de grupos por fase 6p 12p
Amplitud Interruptor
Gf = 2p Gf = 2p
Paso de principios de fase U1 centrífugo U2
m=U ma = K
ejemplo 3p a Figura 6.19. Ejemplo de un bo-
binado de motor monofásico con
Y90 = K devanados separados.
4p
caso práctico inicial
Se desea realizar el devanado para un motor monofásico tetrapolar
en un estator de 24 ranuras. Así, los datos de partida son K=24 y p=2. Ambos devanados se conectan en
paralelo insertando el interruptor
Los cálculos geométricos son: centrífugo (o condensador) en serie
con el devanado de arranque.
Devanado principal Devanado auxiliar

Número de bobinas por grupo U=2 Ua = 2
Número de grupos por fase Gf = 4
Amplitud Gf = 4 ma = 4
Paso de principios de fase m=2

Y90 = 3

La tabla de principios de fase es: Ua1
4
U1
1 10
7

El esquema es el siguiente:

NSNSN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U1 Ua1 U2 Ua2

a Figura 6.20. Esquema de motor monofásico tetrapolar de 24 ranuras.

228 Unidad 6

vocabulario Devanados superpuestos

Español-Inglés Son aquellos en los que las bobinas de ambos devanados coinciden en algunas
Interruptores centrífugos: ranuras.
centrifugal switches
Devanado de trabajo: Si bien para ejecución de este tipo de devanados se recurre a la experiencia e
run winding intuición del técnico bobinador, existen expresiones de cálculo que facilitan el
Devanado de arranque: trabajo. En este caso es necesario elegir, antes del proceso de diseño, el número
start winding de bobinas por grupo para cada uno de los devanados (U y Ua) y después aplicar
Relé de corriente: dicho dato en las expresiones de cálculo:
current relay
Relé de tensión: Devanado principal Devanado auxiliar
voltage relay
Condensador de arranque: Amplitud m = (K – 2p) · 2U ma = (K – 2p) · 2Ua
running capacitors Grupos por fase 2p 2p
Motor monofásico: Principios de fase
single-phase motor Gf = 2p
Motor de condensador
de marcha permanente: Y90 = K
permanent split capacitor motor 4p
Motor de espira de sombra:
shaded-pole motor ejemplo
Rotor de jaula de ardilla:
squirrel-cage rotor Se desea realizar el devanado para un motor monofásico tetrapolar en
Espira de cobre: un estator de 24 ranuras.
copper ring
Así, los datos de partida son K=24 y p=2. Por otro lado, se ha decidido que las bobi-
nas por grupo de devanado principal son U=2 y las del devanado auxiliar Ua=2.
Aplicando las expresiones de cálculo geométrico tenemos los siguientes resultados:

Número de grupos por fase Devanado principal Devanado auxiliar
Amplitud Gf = 4 Gfa = 4
Paso de principios de fase
m=2 ma = 4

Y90 = 3

La tabla de principios de fase es:

U1 Ua1
14
7 10
13 16
19 22

Y el esquema de devanados superpuestos el siguiente:

NS N SN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U1 Ua1 U2 Ua2

a Figura 6.21. Bobinado monofásico con devanados superpuestos.

Otras máquinas eléctricas rotativas 229

3. Motores de imanes permanentes

3.1. Motor Brushless a Figura 6.22. Motor Brushless in-
dustrial.
Los motores Brushless son máquinas síncronas que se caracterizan por disponer de
un buen par y una gran precisión en el posicionamiento. A pesar de necesitar un
dispositivo electrónico de control, están sustituyendo a los de corriente continua
en todos los ámbitos. Se pueden encontrar tanto en equipos informáticos (uni-
dades de disco, discos duros, etc.) como en sistemas de automatización y robótica
que requieren el control de ejes.

Un motor Brushless está formado por un circuito eléctrico trifásico en el estator
y un rotor de imanes permanentes.

El rotor

Este tipo de motor se caracteriza por no tener escobillas, de hay su nombre
(Brushless), ya que el rotor no dispone de circuito eléctrico al estar formado por
imanes permanentes de gran potencia. Estos pueden ser salientes o estar embebi-
dos en el rotor de la máquina. El número imanes debe ser par (entre 2 y 16 polos)
y deben estar alternados en polaridad (N-S-N-S, etc.).

NS NS

N
N
S
S

SN SN

a Figura 6.23. Rotor de 6 polos. a Figura 6.24. Rotor de 4 polos. a Figura 6.25. Polos embebi- a Figura 6.26. Polos salientes.
dos o incrustados.

Los imanes de rotor suelen fabricarse de neodimio-hierro-boro, que aportan un buen caso práctico inicial
rendimiento a temperatura ambiente y una alta resistencia a la desmagnetización.
El número de polos del motor vie-
Las máquinas de gran potencia utilizan un rotor, que se instala en el interior del ne determinado por el número de
estator, con una constitución mecánica similar a la de los estudiados hasta ahora. polos del rotor.
No obstante, algunos motores, especialmente los de baja potencia, disponen del
rotor externo. En este caso, el estator es el que se ubica en su interior, quedando
cerrado por la carcasa del rotor. Esta configuración es muy utilizada en motores
destinados a dispositivos informáticos.

Estator interno

a Figura 6.27. Rotor de imanes permanen- Imanes
tes (instalación interna). Rotor externo

a Figura 6.28. Rotor externo de máquina de
baja potencia.

230 Unidad 6

El estator
El estator puede ser ranurado o de dientes, el primero presenta un aspecto similar a
utilizado en motores de corriente alterna, el segundo está constituido por una serie
de piezas polares (dientes) de tipo saliente sobre las que se construyen las bobinas.

a Figura 6.29. Devanado distribuido de un a Figura 6.30. Devanado concentrado de un
motor Brushless. motor Brushless.

caso práctico inicial El circuito eléctrico se bobina sobre el estator y está formado por tres devanados
separados 120˚ eléctricos y, como en otros bobinados que utilizan tres devanados,
Los motores disponen de tres estos se pueden conectar tanto en estrella como en triángulo, teniendo en cuenta
devanados ubicados en el estator, la relación entre las magnitudes (V e I) de fase y línea.
separados entre sí 120º eléctricos.

C
B

a

Ac bC

B Conexión triángulo

a A BC
bc

b
A ac

Conexión estrella

a Figura 6.31. Devanado en un estator y posibles conexiones entre ellos.

El devanado puede ser de tipo distribuido o de tipo concentrado. El primero de
ellos se ejecuta en máquinas con estator ranurado, y su diseño y montaje es similar
al ya estudiado para máquinas de corriente alterna. Por otro lado, los devanados
concentrados se construyen para bobinas individuales devanadas sobre los dien-
tes (o polos salientes de la máquina).

saber más Polos del rotor
NSNSNS
No hay convención para deno-
minar los terminales de los deva- Devanado del estator
nados Brushless, no obstante es
habitual asignar a los principios 123456789
de cada fase las letras mayúsculas
A, B, C y a los finales las minús- ABC abc
culas a, b, c.

a Figura 6.32. Ejemplo de devanado concentrado de un Brushless de 9 dientes y 6 polos en rotor.

Otras máquinas eléctricas rotativas 231

El sistema de conmutación caso práctico inicial

La conmutación en los devanados se realiza mediante dispositivos electrónicos La principal característica de los
de accionamiento (Drivers). El sistema de conmutación se encarga de generar motores Brushless es que no dis-
un campo giratorio en el circuito magnético del estator, de esta forma, los ponen de escobillas. Sin embargo,
imanes del rotor tienden alinearse con él, produciéndose su rotación y posicio- requieren un sistema de conmuta-
namiento. ción que, en este caso, es de tipo
electrónico.
Vca Driver A
(Dispositivo de importante
conmutación Sensores
electrónica) b Un servomotor es un motor que
ac posee, además de sus respectivos
CB circuitos magnéticos y eléctricos,
Motor un sensor de posición acoplado a
su eje que permite enviar informa-
a Figura 6.33. Accionamiento de un motor Brushless. ción (por realimentación) a un sis-
tema electrónico de control o con-
En función de la señal utilizada para la conmutación, los motores Brushless pue- mutación. Los motores Brushless se
den ser de dos tipos: Brushless DC y Brushless AC. configuran habitualmente como
servos ya que es necesario conocer
• Motores Brushless DC. Su funcionamiento se basa en la alimentación de los cuál es su posición angular.
devanados mediante señales de corriente continua (DC) utilizando el disposi-
tivo de conmutación. Cableado sensor
Cableado
La conmutación se realiza alimentando dos de los extremos del devanado con de potencia
una polaridad y secuencia prefijadas. Así, cada vez que se avanza un paso en la
secuencia, el motor gira un determinado número de grados. La frecuencia con la Motor
que se ejecutan estos pasos determina la velocidad de giro del rotor. Si se cambia el
sentido de ejecución de la secuencia, también lo hace el sentido de giro del motor. Sensor de posición
a Figura 6.34. Servomotor.
1 +B 2 +B 3 +B

b C b C b
ac ac ac
A A - AC

- 5 -B -

4 -B 6B
+
++
++
+

+
+
b b b a Figura 6.36. Conexiones de un ser-
ac ac ac vomotor Brushless.

AC AC AC

-

Vuelta Vuelta
a Figura 6.35. Secuencia de alimentación de los devanados para que el rotor gire una Paso 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
vuelta completa.
A +
-
La posición del rotor está controlada por tres sensores de efecto Hall, uno por
devanado, que envían información al accionamiento para así conocer con B +
precisión cuál es el devanado que se debe conmutar. -

A esta forma de alimentar el motor se le suele denominar conmutación trapezoi- C +
dal debido a la forma de las señales que alimentan los devanados. -

a Figura 6.37. Conmutación trape-

zoidal para Brushless DC.

232 Unidad 6

A • Motores Brushless AC. La alimentación de los devanados se realiza mediante
B un sistema de tres señales alternas desfasadas 120º eléctricos entre sí. Esta for-
C ma de controlar el motor permite una mayor precisión en el posicionamiento;
a Figura 6.38. Conmutación senoi- sin embargo, es necesario instalar un sensor de posición angular (encoder)
dal para Brushless AC. en el eje de rotor, que permita conocer en todo momento su posición para así
enviársela al dispositivo electrónico de conmutación.
caso práctico inicial
A esta forma de alimentar el motor se le suele denominar conmutación senoidal,
Los rotores dentados de imanes pues es la forma de las señales que se aplican a los devanados.
permanentes son característicos
de los motores denominados Paso 3.2. Motores Paso a paso (PaP)
a paso.
También denominados motores de pasos, se utilizan en la industria para aplicacio-
nes de posicionamiento y control de ejes.

Necesitan un dispositivo electrónico de control, pero no requieren de sensor de
posición, por lo que resultan más fáciles y económicos de instalar que sus equi-
valentes en Brushless. Sin embargo, los motores PaP no se pueden utilizan en
aplicaciones que requieran gran velocidad o en procesos donde los movimientos
sean muy repetitivos.

Los motores PaP pueden ser de imanes permanentes o de reluctancia variable.

Motores PaP de imanes permanentes

De igual forma que otros tipos de motores, están formados por un circuito
eléctrico ubicado en el estator y por un rotor, que en este caso será de imanes
permanentes.

El rotor es de polos salientes y está formado por pequeños dientes imantados de
signo contrario dispuestos de forma alterna (N-S-N, etc.). El número de paso de
un motor depende del número de dientes del rotor, por este motivo es habitual
que los rotores se fabriquen con dos discos de dientes desfasados entre sí, para así
conseguir más resolución de paso.

El circuito magnético del estator es de polos salientes. En este caso, cada zapata
polar está dentada de forma similar a como lo está el rotor.

a Figura 6.39. Rotor de motor PaP. a Figura 6.40. Estator de motor PaP.

saber más Estos motores disponen de un devanado de tipo concentrado, similar al visto para
motores Brushless. En función del número de bobinas y de sus conexiones, los
En motores PaP, ya sean unipolares motores PaP de imanes permanentes pueden ser unipolares o bipolares.
o bipolares, la alimentación de los
devanados debe hacerse mediante El circuito eléctrico de los motores PaP unipolares está formado por dos deva-
una secuencia de pulsos digitales, nados con tres puntos de conexión, de los cuales uno de ellos se conecta en un
que debe ser generada por un dis- punto intermedio del devanado correspondiente. Los bipolares están formados
positivo de control electrónico. por dos devanados completamente independientes, con dos puntos de conexión
por cada uno de ellos.

Otras máquinas eléctricas rotativas 233

ejemplo

A B
C
El siguiente ejemplo muestra la secuencia que se debe ejecutar para
que un motor PaP de tipo bipolar avance en sentido horario mediante
medios pasos.

El motor representado es muy básico, ya que dispone de 4 piezas polares en
el estator y solamente dos polos en el rotor. Por tanto, solamente puede dar 8
pasos de 45º cada uno.

A ABCD D
1+ - 00 Bipolar
2+ - + - N
300+ - S A Común B

4 - ++ - N C
5 - +00 S Común
6-+-+
D 700 -+ N D
8+ - - + S Unipolar
SN
Pasos N a Figura 6.42. Tipos de motor PaP
B S de imanes permanentes.

N
S

C NN

SS S

N

a Figura 6.41. Ejemplo de secuencia para el control de un motor PaP de imanes per-
manentes.

Motores PaP de reluctancia variable

En este caso el rotor está formado por material ferrromagnético (hierro laminado) no
imantado, formando pequeños dientes que permiten su posicionamiento por pasos.

El devanado del estator está formado por tres bobinas con un punto común de
conexión. Así, cuando estas son alimentadas de forma individual mediante una se-
cuencia determinada, se crea un campo en su circuito magnético giratorio que hace
que el rotor se alinee con dicho campo, produciendo el giro del motor.

La alineación se realiza buscando el valor de reluctancia más pequeño, que se encuen-
tra cuando alguno de los dientes del rotor está próximo a un polo del estator.

C

BA com. vocabulario

común B Español-Inglés
Dientes: teeth
C Diente: tooth
A Par de arranque: starting torque
Motores Paso a paso:
a Figura 6.43. Devanados de un motor de reluctancia variable. steppers motors
Sin escobillas: Brushless
En la actualidad muchos de los motores Paso a paso utilizan una configuración Motor de alterna: AC motor
mixta basada en imanes permanentes y reluctancia variable. Control de velocidad:
speed control
Accionamiento (controlador):
driver

234 Unidad 6

ACTIVIDADES FINALES

1. Realiza la actividad propuesta en la práctica profesional 1 de esta unidad y realiza las siguientes comprobaciones
con el motor monofásico que en ella se ha bobinado.

Prueba 1
• Conecta los terminales del devanado principal a dos bornes. Alimenta dichos bornes de la red de alimenta-

ción y comprueba si arranca el motor. Si en la situación anterior, se gira el eje de motor con la mano, ¿qué ha
ocurrido?
Nota. Utiliza un guante para realizar la operación de giro del eje de forma manual.

Prueba 2

• En el exterior de la máquina conecta un interruptor pasante en serie con el devanado de arranque. Cierra su
contacto y conecta ambos devanados a la red de alimentación.

• Cuando haya pasado 1 segundo (aproximadamente) en el que el motor esté funcionando a velocidad nomi-
nal, desconecta el interruptor. ¿Qué ocurre con el motor?, ¿sigue girando?

Prueba 3

• Conecta un condensador de 25 μF / 400 V en serie con el devanado de arranque y conecta ambos devanados
a la red de alimentación, ¿arranca el motor?

Prueba 4
• Conecta un relé de arranque de disparo por corriente según se indica en la unidad.
• Conecta los devanados a la red de alimentación y comprueba si el motor arranca y el relé desconecta el deva-

nado de arranque una vez que el motor ha conseguido la velocidad nominal.

2. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico bipolar para un estator de 24 ra-
nuras.

3. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico de 6 polos para un estator de 24
ranuras.

4. Calcula y diseña el esquema de un motor monofásico bipolar para un estator de 18 ranuras, ¿se puede
ejecutar?

5. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico bipolar para un estator de 36 ra-
nuras.

6. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico de 3 pares de polos para un esta-
tor de 36 ranuras.

7. Calcula y diseña el esquema de los devanados de un motor monofásico bipolar para un estator de 36 ra-
nuras, sabiendo que el devanado de trabajo debe tener 6 bobinas por grupo y el de arranque 5 bobinas
por grupo.

Otras máquinas eléctricas rotativas 235

8. Asocia cada una de las imágenes con cualquiera de los conceptos de la columna de la derecha.

1. Anillos de alternador
2. Anillos de motor asíncrono
3. Devanado conectado
4. Devanado distribuido
5. Máquina síncrona
6. Máquina asíncrona
7. Rotor bobinado
8. Rotor cortocircuito
9. Rotor de imanes permanentes
10. Motor PaP
11. Motor sin escobillas
12. Motor de espira
13. Motor universal
14. Dinamo
15. Escobillas máquina CC
16. Escobillas máquina AC
17. CC
18. AC
19. Motor monofásico
20. Realimentación
21. Imanes permanentes
22. Inducido
23. Inductor
24. Motor de inducción
25. Rotor jaula de ardilla

entra en internet

9. Localiza en Internet información de cómo obtener un motor Brushless a partir de algún dispositivo infor-
mático en desuso y, si tienes alguno de similares características, procede a sacar su motor.

10. Busca un catálogo de motores monofásicos y di cuál es la potencia máxima que has encontrado para ellos.

236 Unidad 6

PRÁCTICA PROFESIONAL

HERRAMIENTAS Bobinado de un motor monofásico

• Todas las herramientas utilizadas OBJETIVO
en la práctica profesional 1 de la
Unidad 4 Conocer cómo realizar el diseño del devanado y su posterior ejecución en un
motor monofásico de inducción.
• Bobinadora manual y accesorios
• Moldes concéntricos para PRECAUCIONES

bobinadora • Utiliza guantes en las operaciones de montaje y desmontaje de la máquina,
• Útiles para la limpieza de ranuras así como para girar el eje manualmente.
• Soldador rápido y guantes
• Peladora de hilo esmaltado • Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
MATERIAL
• No toques los bornes de condensador una vez haya sido utilizado.
• Máquina asíncrona con rotor
en cortocircuito Nota. La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista
del rebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso se
• Cartón aislante para ranuras desea realizar el cálculo del circuito eléctrico del inductor para una máquina
• Tubo de fibra de vidrio flexible nueva. Se presupone que el diámetro de conductor y el número de espiras que
• Hilo esmaltado de bobinar hay que utilizar para la construcción son datos conocidos.

(2 diámetros) Para la siguiente práctica profesional puedes utilizar la máquina empleada en
• Alambre plano de atar alguna de las actividades anteriores destinadas al bobinado de un motor trifásico
• Cuerda de bramante o cinta de atar de inducción.
• Rotulador permanente y estaño
• Regletas de conexión
• Alargador con manquera

de 2 x 2,5 mm2

• Condensador de 25 μF / 400 V

DESARROLLO

1. Utilizando las técnicas vistas en las prácticas profesionales de unidades anteriores, desmonta la máquina y
prepara el estator para que esté en disposición de alojar el nuevo devanado, limpiando y aislando conveniente-
mente sus ranuras.

a Figura 6.44. Rotor de jaula de ardilla. a Figura 6.45. Estator de 36 ranuras.

2. Utilizando las expresiones de cálculo, diseña el esquema para el devanado del motor monofásico a ejecutar.
Aquí se ha considerado que el motor es de 6 polos, el estator tiene 36 ranuras y los devanados de arranque y
trabajo están separados.

Otras máquinas eléctricas rotativas 237

Devanado principal Devanado auxiliar Tabla de principios de fase

Número de bobinas por gru- U= K = 36 = 2 Ua = K = 36 =1 U1 Ua1
pos 6p 6·3 12p 12 · 3 14
Número de grupos por fase 7 10
Gf = 2p = 2 · 3 = 6 13 16
Amplitud 19 22
m=U=2 ma = K = 36 = 4 25 28
Paso de principios de fase 3p 3· 3 31 34

Y90 = K = 36 = 3
4p 4·3

El esquema es:

NS N S N SN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

U1 Ua1 U2 Ua2
a Figura 6.46. Principios de fase.

3. Utilizando las técnicas vistas en unidades anteriores, toma medida de las bobinas en el estator y construye las
bobinas de ambos devanados.

4. Inserta inicialmente el devanado de trabajo en las ranuras correspondientes.

5. Utilizando la técnica de soldadura, realiza las conexiones entre grupos.

6. Inserta el devanado auxiliar sobre el devanado de trabajo.

7. Realiza las conexiones entre grupos y saca a la caja de bornes los terminales de ambos devanados.

14 U1 U1 Ua1
4
14 Ua2
U2 1

31 34
U2

31

a Figura 6.47. Inserción del a Figura 6.48. Conexiones de los a Figura 6.49. Inserción y conexión del
devanado de trabajo. grupos del devanado de trabajo. devanado de arranque.

8. Ata el devanado y monta la máquina.
9. Sobre el motor recién bobinado y montado realiza las pruebas indicadas en la actividad 1 de esta unidad.

238 Unidad 6

MUNDO TÉCNICO

el motor lineal

El invento del motor lineal data de la última década vanados del estator se excitan a través de un sistema
del siglo xix, no obstante, durante casi un siglo no se de alimentación trifásica alterna, los campos magnéti-
había dado ningún paso adelante en su desarrollo y cos generados interactúan con los del elemento móvil,
aplicación práctica debido, principalmente, a las difi- desplazándolo linealmente en un sentido u otro por la
cultades para su control con la tecnología de la época. guía de la carcasa, deteniéndolo en la posición deseada
El desarrollo de la electrónica y la fabricación de imanes cuando cesa la excitación.
permanentes de alta potencia han contribuido a su de-
sarrollo y fabricación en serie. Un motor lineal es un servomotor, ya que además de
disponer del circuito eléctrico que genera el movimien-
Un motor lineal es una máquina eléctrica que, en lugar to a base de campos magnéticos, requiere la instala-
de generar un movimiento giratorio como las máqui- ción de un sensor de posición.
nas estudiadas en esta obra, se desplaza longitudinal-
mente por su carcasa. Esto aporta numerosas ventajas De igual forma que los motores Brushless, el funciona-
en algunos entornos industriales, como son los desti- miento de los motores lineales requiere un dispositivo
nados a robots o sistemas de control de ejes, ya que electrónico para la conmutación. Este se encarga de
permite un posicionamiento preciso, sin requerir com- aplicar la alimentación con la frecuencia deseada y de
plejos sistemas de transmisión mecánica. procesar las señales de los sensores de posición del pro-
pio motor.
Un motor lineal está formado principalmente por dos
partes: el estator, o parte fija y el elemento móvil, que es En algunas aplicaciones los motores lineales están sus-
el equivalente al rotor en las máquinas giratorias. El es- tituyendo a sus equivalentes neumáticos e hidráulicos,
tator esta formado por tres devanados desfasados en- ya que presentan algunas ventajas como son: no nece-
tre sí 120º eléctricos, similares a los motores Brushless, sitar una instalación de fluido (aire comprimido o acei-
arrollados en núcleos de chapa magnética. El rotor no te), son muy silenciosos, excelente precisión en el po-
tiene circuito eléctrico, ya que está constituido por va- sicionamiento y facilidad para la integración con otros
rios pares de imanes permanentes. Así, cuando los de- sistemas de control como pueden ser los PLCs.

a Figura 6.50. Motores lineales (Cortesía de Copley Motion).

Otras máquinas eléctricas rotativas 239

ENN RREESSUUMMEENN

OTRAS MÁqUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Motores monofásicos Motores de imanes permanentes

De inducción De rotor bobinado Brushless Motores Paso a paso
De espira Motor universal
Superpuestos
De fase partida Devanados de motores Separados
De condensador monofásicos
Con relé de arranque

EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas

1. El de fase partida es un motor: b. No se puede hacer.

a. trifásico. c. Brushless. c. cambiando la polaridad de la alimentación.

b. de imanes permanentes. d. monofásico. 6. Cuáles de estos motores monofásicos tiene el me-
jor par de arranque:
2. Un motor universal es una máquina de corriente
continua, cuyos devanados se conectan en: a. El que utiliza interruptor centrífugo.

a. serie. b. Shunt. c. mixto. b. El que utiliza un condensador permanente.

3. El denominado condensador de arranque se pue- c. El que utiliza un condensador de arranque.
de utilizar de forma permanente.
7. Los motores sin escobillas son:

a. Sí. b. No. a. universales.

4. El número de devanados de un motor Brushless es: b. Paso a paso.

c. Brushless.

5. El cambio de sentido de giro de un motor de espi- 8. El rotor de imanes permanentes está presente en
ra se realiza: los motores de inducción.

a. permutando uno de su devanados. a. Verdadero. b. Falso.

A prontuario de cÁLcuLo
de TrAnSforMAdoreS
b prontuario de cÁLcuLo de
deVAnAdoS en CorrienTe
ConTinuA
C prontuario de cÁLcuLo de
deVAnAdoS en CorrienTe AlTernA
d eJeMpLos de deVAnAdoS
e operACioneS báSiCAS de
MAnTeniMienTo y repArACión
de MÁQuinas eLÉctricas rotativas

anexos
Y

241

Cproonntfuiagruior dAeCciÁóLcnu dLoed de iTrreAcntSifvoarsMdAedogrreuSpo en A

diMenSioneS (mm) ChApAS e-i pArA TrAnSforMAdoreS MonofáSiCoS

proporciones respecto a C C C/2 3C 4C/2 C/2
7
14 7 42 28 8

16 8 48 32 10
11
3·C 20 10 60 40 12,5
13
C/2 22 11 66 44 14
14,5
25 12,5 75 50 16
17,5
26 13 78 52 20
21
28 14 84 56 25
30
4·C/2 29 14,5 87 58

32 16 96 64

35 17,5 105 70

C/2 C/2 C C/2 C/2 40 20 120 80
42 21 126 84

50 25 150 100

60 30 180 120

diMenSioneS (mm) ChApAS e-i pArA TrAnSforMAdoreS TrifáSiCoS

proporciones respecto a C C 4C 5C
50
10 40 80
5·C 16 64 100
125
C 20 80 150
175
25 100 190
200
30 120 220
250
35 140 280
300
38 152
4·C 40 160

44 176

50 200

C CC CC 56 224
60 240

eSTiMACión de pérdidAS en el Cobre Según poTenCiA

potencia en el secundario [VA] 7 10 15 68 75 100 120 180 250 700 1000 2000

factor de pérdidas en el cobre (KCu) 1,3 1,25 1,2 1,1 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,03 1,025 1,015

eSTiMACión de pérdidAS en el hierro A unA freCuenCiA de 50 hz (W/kg)

inducción magnética 1,0 t 1,5 t 1,7 t
1,24
Chapa de grano orientado 0,58

Chapa de grano no orientado 2,3 5,4

Y

242 Anexo A Y

A pronTuArio de cÁLcuLo de transForMadores (cont.)

VenTAnA del CArreTe
A 28 28 33 33 33 33 33 36 36 36 38 38 38 38 40 40 42 42 42 45 50 50 50 64
h 32 50 33 39 44 54 59 36 40 47 38 43 50 60 40 50 42 50 60 50 50 60 80 64

denSidAd de CorrienTe y rendiMienTo eSTiMAdo en funCión de lA poTenCiA

potencia ( VA) 5 10 20 50 100 200 1000 1500 2000
J (A/mm2) 1,7
η (%) 6 4 3,8 3,5 3 2,5 2 1,5 96,5

63 71 78 84 89 93 95 96

CAlCulo del TrAnSforMAdor MonofáSiCo

paso 1 sección del núcleo para Sn = k ⋅ S sección de núcleo para una Sn = A · H
paso 2 una potencia dada ventana de carrete

paso 3 potencia para una sección S = ⎛ Sn ⎛2
paso 4 de núcleo ⎝| k ⎝|
paso 5
paso 6 corriente del primario S
paso 7 I1 = V1
paso 8 corriente del secundario
S
paso 9 voltios por espira I2 = η · V2
espiras de ambos
paso 10 Vesp = 4,44 · F · B · sn
paso 11 devanados
paso 12 (transformador ideal) N1 = V1 N2 = V2
número de espiras reales 4,44 · F · Sn · B 4,44 · F · Sn · B

sección del hilo N1_real = N1 · KCu N2_real = N2 · KCu

Sprimario = I1 Ssecundario = I2
J J

diámetro del hilo ∅1 = 4 ⋅ Sprimario ∅2 = 4 ⋅ Ssecundario
π π
sección real del núcleo
ancho de ventana (ventana Snr = Sn
Kap
cuadrada)
número de chapas A = Snr
H

Nchapas = Echp

prontuario de cálculo de devanados en corriente continua 243

prontuario de cÁLcuLo de deVAnAdoS en CorrienTe ConTinuA b

devanados imbricados simples devanados ondulados

Condición de ejecución K = número entero Ycol = D±1
p
paso de ranura o de bobina p

Secciones inducidas por bobina K
YK = 2p
paso polar
número total de secciones inducidas D
número de bobinas del devanado: u= K
Ancho de sección
Yp = Yk S=D K
paso de conexión B=K Yp = 2p
Y2 = Y1 – Ycol Y1 = Yk · u Y2 = Ycol – Yk
paso de escobillas (en secciones inducidas)
D
Yconex = Ycol – Yk Ye = 2p
(en ranuras)

leyenda:

K número de ranuras Ycol paso de colector
p pares de polos Y1 ancho de sección
2p números de polos Y2 paso de conexión
d número de delgas de colector Ye paso de escobillas
Yk paso de ranura B Bobinas del devanado
Yp paso polar
u número de secciones inducidas por bobina

Y

244 Anexo C Y

C prontuario de cÁLcuLo de deVAnAdoS en CorrienTe AlTernA

devanados concéntricos

Condición de ejecución

para que los devanados concéntricos puedan ejecutarse, el resultado de esta expresión debe ser el siguiente:
K

Kpq = 2pq

• por polos. debe ser entero (ver los detalles de ejecución en la unidad correspondiente si el resultado es un número impar).
• por polos consecuentes. debe ser entero, no obstante si es un número entero más la mitad de otro, existe posibilidad de ejecución

en algunos casos (ver los detalles de ejecución en la unidad correspondiente).

Trifásicos bifásicos Monofásicos Monofásicos
(devanados separados) (devanados superpuestos)

número Bipolares Multipolares Cualquier número de polos Cualquier número de polos
de polos por polos
por polos por polos por polos
conexión consecuentes

número de Bobinado Bobinado de Bobinado principal Bobinado de
bobinas por principal arranque arranque

grupo U = K U = K U= K =m K se elige el número se elige el número
número de 4pq 2pq 6p Ua = 12p
grupos por deseado deseado

fase Gf = 2p Gf = p Gf = 2p Gf = 2p Gf = 2p
m=U K
amplitud m = (q – 1) · 2U m = (q – 1) · U m= (K – 2p) · 2U ma = (K – 2p) · 2Ua
ma = 3p 2p 2p

principios K K K K
de fase Y120 = 3p Y90 = 4p Y90 = 4p Y90 = 4p

principios K K K
de ciclo Y360 = p Y360 = p Y360 = p

prontuario de cálculo de devanados en corriente alterna 245

C

devanados excéntricos

una capa doble capa ondulados
U=K
Tipo de conexión por polos
número de bobinas
B= K U=K
de bobinado 2

bobinas por grupo B U = B
2pq 2pq
grupos por fase U =

paso polar Gf = 2p condición de ejecución
K (entero o entero + 0,5)
paso de ranura
(debe ser para devanados Yp = 2p Gf = 2p
K
de una capa impar)
Yp = 2p
principios de fase
Yk = Yp Yk = Yp
K K

Y120 = 3p Y120 = 3p

leyenda:

Kpq número de ranuras por polo y fase gf grupos por fase

u número de bobinas por grupo m amplitud

K número de ranuras Y120 principio de fase (trifásicos)
p pares de polos Y90 principio de fase (bifásicos)
2p número de polos Y360 principio de ciclo
q número de fases Yp paso polar

Y

246 Anexo d Y

d eJeMpLos de deVAnAdoS

1. devanados concéntricos trifásicos

devanado concéntrico trifásico tetrapolar para un estator de 24 ranuras

N SN S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U1 W2 V1 W1 U2 V2

ranuras (K) Conexión por polos 1 prinCipioS de fASe
pares de polos (p) 24 Bobinas por grupo (u) 4 u1 V1 W1
fases (q) 4 159
2 grupos por fase (gf) 4 13 17 21
condición de ejecución (Kpq) 3 amplitud (m) 12 25 29 33
37 41 45
principio de fase (Y90)
2 principio de ciclo (Y120)

devanado concéntrico trifásico bipolar para un estator de 48 ranuras

NSN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

U1 W2 V1 U2 W1 V2

ranuras (K) Conexión por polos consecuentes 4 prinCipioS de fASe
48 Bobinas por grupo (u) 2 u1 V1 W1
16 1 17 33
pares de polos (p) 1 grupos por fase (gf) 16
fases (q) 3 amplitud (m) 48

condición de ejecución (Kpq) principio de fase (Y90)
8 principio de ciclo (Y120)

devanado concéntrico trifásico de 4 pares de polos para un estator de 48 ranuras

N SN SN SN S

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

U1 W2 V1 W1 U2 V2

ejemplos de devanados 247

d

ranuras (K) Conexión por polos 2 prinCipioS de fASe
pares de polos (p) 48 Bobinas por grupo (u) 4 u1 V1 W1
fases (q) 4 159
4 grupos por fase (gf) 4 13 17 21
condición de ejecución (Kpq) 3 amplitud (m) 12 25 29 33
37 41 45
principio de fase (Y90)
2 principio de ciclo (Y120)

2. devanados imbricados de una capa

devanado imbricado de una capa bipolar para estator de 36 ranuras

NS
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

U1 W2 U1 U2 W1 U2

ranuras (K) Conexión por polos 18 prinCipioS de fASe
pares de polos (p) 32 número de bobinas (B) 3 u1 V1 W1
fases (q) 1 Bobinas por grupo (u) 2 1 13 25
3 grupos por fase (gf) 18
principio de ciclo (Y120) paso polar (impar) (Yp) 17
12 paso de ranura (Yk)

devanado imbricado de una capa tetrapolar para estator de 36 ranuras

NSNS
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

U1 W2 V1 W1 U2 V2

el número de bobinas por grupo es un número entero +0,5 (en este caso 1,5). por tanto, como el número de grupos por fase es 4,

el número total de bobinas para cada fase viene dado por Bf= 4·1,5 = 6. esto significa que es necesario hacer cuatro grupos, dos
con dos bobinas y otros dos con una sola.

ranuras (K) Conexión por polos 18 prinCipioS de fASe
pares de polos (p) 32 número de bobinas (B) 1,5 u1 V1 W1
fases (q) 4 1 7 13
2 Bobinas por grupo (u) 9 19 25 31
principio de ciclo (Y120) 3 grupos por fase (gf) 8

paso polar (impar) (Yp)
6 paso de ranura (Yk)

Y

248 Anexo d Y

d eJeMpLos de deVAnAdoS (cont.)

3. ejemplos de devanados imbricados de doble capa

devanado imbricado de doble capa bipolar para un estator de 12 ranuras

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
U1 W2 V1 U2 W1 V2

ranuras (K) Conexión por polos 12 prinCipioS de fASe
pares de polos (p) 12 número de bobinas (B) 2 u1 V1 W1
fases (q) 2 159
1 Bobinas por grupo (u) 6
principio de ciclo (Y120) 3 grupos por fase (gf) 5

paso polar (impar) (Yp)
4 paso de ranura (Yk)

devanado imbricado de doble capa tetrapolar para un estator de 48 ranuras

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

U1 W2 V1 W1 48 U2 V2
4
ranuras (K) Conexión por polos 4 prinCipioS de fASe
pares de polos (p) 48 número de bobinas (B) 12 u1 V1 W1
fases (q) 2 Bobinas por grupo (u) 11 1 9 17
principio de ciclo (Y120) 3 grupos por fase (gf) 25 33 41
paso polar (impar) (Yp)
8 paso de ranura (Yk)

4. ejemplos de devanados monofásicos

devanado monofásico tetrapolar con devanados para un estator de 24 ranuras

NSNSN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

U1 Ua1 U2 Ua2

ejemplos de devanados 249

d

el cálculo geométrico se realiza como si de devanados separados se tratase. el devanado principal se ejecuta con normalidad; sin
embargo, para el devanado de trabajo tanto u como Y90 no son enteros y es necesario recurrir a la experiencia para el diseño.

ranuras (K) Conexión por polos dev. dev. prinCipioS de fASe
pares de polos (p) principal Arranque u1 ua
fases (q) 36 Bobinas por grupo (u) 1 5,5
2 grupos por fase (gf) 3 1,5 10 14,5
1+n amplitud (m) 19 23,5
4 4 28 32,5
principio de fase (Y90)
3 6
4,5

devanado monofásico tetrapolar bitensión para un motor de 24 ranuras

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Condensador
de arranque

M U1 U2 A

el devanado de fuerza está formado por dos devanados montados uno sobre otro. para la mayor tensión se conectan en serie y
para la menor en paralelo.

Tensión mayor Tensión menor

Dev. Arranque Dev. Arranque

A A Dev. Trabajo
Dev. Trabajo M

M U1 U2 M A
U1 U2

M A U1 U2
U1 U2

el diseño del devanado para dos tensiones no afecta a su cálculo geométrico.

ranuras (K) Conexión por polos dev. dev. prinCipioS de fASe
pares de polos (p) principal Arranque u1 ua
fases (q) 24 Bobinas por grupo (u) 14
2 grupos por fase (gf) 2 1 7 10
1+n amplitud (m) 13 16
4 4 19 22
principio de fase (Y90)
2 4
3

Y