Fundamentos Esenciales de Devanados y Circuitos en Máquinas Eléctricas

Clasificación de los Devanados en Máquinas de Corriente Continua (MCC)

Los devanados en máquinas de corriente continua se clasifican según:

• Número de capas de ranura.
• Conexión de bobina o colector:
  • Imbricado o paralelo: Incluye devanados imbricados simples y múltiples.
  • Ondulado o en serie: También conocidos como devanados ondulados.

Pasos Característicos de los Devanados

Los pasos son distancias clave en la configuración de los devanados:

• Paso Polar (Yp): Es la distancia que existe entre dos masas polares contiguas de signo contrario.
• Paso de Ranura (Yk): Es el número de ranuras que hay de uno u otro lado activo de una misma bobina.
• Paso Diametral: Este nombre se aplica a las máquinas de dos polos, en las que el paso de ranura coincide con el paso polar y, además, con el diámetro del rotor.
• Paso de Colector (Ycol): Es el número de delgas que hay entre los dos terminales de una sección inducida o bobina.

Máquinas Síncronas de Corriente Alterna (CA)

Características del Circuito Magnético

• La armadura está en la parte fija o estator, constituyendo el Circuito Inducido.
• La culata está en la parte móvil o rotor, constituyendo el Circuito Inductor.

Circuito Eléctrico

• Inductor: Es el encargado de generar el campo magnético de excitación.
• Inducido: El devanado del inducido se encuentra alojado en el estator y, en función del número de fases para el que ha sido diseñado, puede ser monofásico, bifásico o trifásico.

Ensayo en Vacío de un Alternador

Para el ensayo en vacío de un alternador, se deben considerar los siguientes puntos:

• La corriente del conductor debe mantenerse como un valor fijo.
• La variación de dicha corriente permitirá ajustar el valor de la tensión de salida del alternador.

Máquinas Asíncronas de Corriente Alterna (CA)

Partes del Circuito Magnético

• Armadura o estator.
• Rotor en cortocircuito o ranurado.

Características y Tipos de Rotor

• Rotor en Cortocircuito: Este tipo no dispone de ranuras abiertas que permitan insertar en ellas un bobinado ejecutado a base de hilo o pletina esmaltado.
• Rotor Ranurado: Su aspecto es similar al de otros rotores de otros tipos de máquinas; está ranurado en todo su contorno.

Circuito Eléctrico

• Circuito Inductor: El devanado del inductor es idéntico al utilizado en el estator de la máquina síncrona.
• Circuito Inducido: Es el circuito eléctrico que está ubicado en el rotor. Hay dos tipos principales:
  • De barras en cortocircuito (doble jaula, ranura profunda).
  • Bobinado.

Características de los Rotores Inducidos

• Barras en Cortocircuito: Está formado por barras, normalmente de aluminio, embutidas en ranuras ciegas en el mismo tambor del rotor.
• Rotor Bobinado: Dispone de un elevado par de arranque respecto a los motores de rotor en jaula de ardilla de ranura normal.

Ubicación de los Devanados en Máquinas de Corriente Alterna (CA)

Los devanados en máquinas de CA pueden ubicarse en:

• El rotor de máquinas síncronas, ya sea de polos salientes o polos lisos.
• El rotor de máquinas asíncronas de polos lisos.
• El estator de máquinas síncronas y asíncronas, ya sea en funcionamiento como motor o como generador.

Arranque de Motores de Inducción

El arranque de un motor de inducción es un proceso delicado:

• Debe vencer el par resistente que se aplica en su eje hasta conseguir la velocidad de funcionamiento nominal.
• Si la carga que se le aplica es excesivamente grande, el motor puede no llegar a arrancar.

Curva Par-Velocidad del Motor

La curva par-velocidad permite observar el comportamiento del par motor hasta que consigue la velocidad nominal.

Conceptos de Bobinas y Grupos de Bobinas

• Bobina: Es un conjunto de espiras de aproximadamente el mismo tamaño que se inserta entre ranuras del mismo núcleo magnético.
• Grupo de Bobinas: Está formado por dos o más bobinas unidas entre sí, construidas con un conductor del mismo diámetro y del mismo número de espiras.

Tipos de Devanados

Existen diferentes configuraciones de devanados:

• Devanado de tipo concéntrico.
• Devanado de tipo distribuido (puede ser concéntrico o excéntrico).

Devanado Concéntrico

Son aquellos en los que las bobinas de los grupos se construyen de forma concéntrica con diferentes tamaños.

Devanado Excéntrico

Son aquellos cuyos grupos de bobinas tienen todas las bobinas iguales. Tipos incluyen devanados excéntricos imbricados y devanados ondulados.

Equilibrado de Máquinas Rotativas

Las máquinas eléctricas requieren un equilibrado preciso para evitar vibraciones y ruidos. Las máquinas que salen de fábrica pasan por un riguroso proceso de equilibrado. Actualmente, existen máquinas automáticas específicas para realizar el equilibrado en rotores eléctricos, las cuales disponen de sensores, unidades de control informatizadas y una interfaz de operación intuitiva.

Principio de Funcionamiento de Máquinas Rotativas (CC vs. CA)

Una máquina rotativa de Corriente Continua (CC) utiliza un sistema de conmutación basado en un colector de delgas, que produce una fuerza electromotriz que no cambia de signo. Si sustituimos dicho sistema por un par de anillos rozantes, la fuerza electromotriz presenta valores positivos y negativos, ya que el sentido de la corriente cambia periódicamente. Al comparar ambos generadores, observamos que en el que usa un sistema de anillos, la corriente cambia de signo y sentido, generando una señal senoidal.

Ubicación de Inductor e Inducido

• Inductor en CA: Rotor
• Inductor en CC: Estator
• Inducido en CA: Estator
• Inducido en CC: Rotor