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Bobinados de máquinas de

corriente continua

 

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Conceptos Generales

Bobinados

Bobinados imbricados
Bobinados ondulados
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Bobinados

Definición: Recibe el nombre de bobinado el conjunto formado por las bobinas, comprendiendo en esta expresión tanto los lados activos que están colocados en el interior de las ranuras y las cabezas que sirven para unir los lados activos, como los hilos de conexión que unen las bobinas entre sí como los que unen estas bobinas con el colector o con la placa de bornas.

 

Bobinado en anillo y en tambor: La fuerza electromotriz generada en el bobinado inducido depende sólo del número de hilos activos, o sea, los exteriores paralelos al eje de rotación.

Puede hacerse una primera clasificación de los bobinados según la manera de unir entre sí los hilos activos:

  • Bobinado en anillo.- Es aquel en el cual las espiras son arrolladas sobre el anillo que constituye la armadura del inducido. Las bobinas solo poseen un lado activo, que es el que se encuentra en el lado exterior y es paralelo al eje de rotación, ya que únicamente éste corta líneas de fuerza al girar la armadura.

Bobinado en anillo

Bobinado en anillo

 

  • Bobinado en tambor.- Es aquel en el que los dos lados activos de cada bobina están colocados en la superficie exterior de la armadura. De esta forma, cada espira dispone de dos conductores activos.

Bobinado en tambor

Bobinado en tambor

 

Actualmente, los bobinados en anillo están totalmente abandonados, siendo los únicos empleados los bobinados en tambor por poseer las siguientes ventajas:

  • Conducen a una mayor economía de cobre, derivada del hecho de que los bobinados en tambor disponen de dos conductores activos por espira contra uno solo en los bobinados en anillo. La me3nor cantidad de cobre trae como consecuencia que los bobinados en tambor tengan menos resistencia y, por consiguiente, menos pérdidas eléctricas y menor calentamiento, así como mejor rendimiento.

  • Las bobinas del bobinado en tambor pueden ser preparadas previamente sobre un molde adecuado, dándoles la forma conveniente, incluso haciendo uso de máquinas automáticas.

  • El proceso de fabricación, representa una importante reducción de la mano de obra a emplear con el consiguiente abaratamiento del proceso.

 

Bobinados de una y dos capas por ranura.- Los bobinados en tambor pueden ser de una y dos capas por ranura, según que en una misma ranura haya uno o dos lados activos de bobinas distintas.

Ranuras de armadura

Ranuras de armadura

a) Ocupada por un solo lado activo. Bobinado de una capa.

b) Ocupada por dos lados activos. Bobinado de dos capas.

 

Cuando el bobinado es de dos capas, la capa que está en el fondo de la ranura se llama capa inferior, baja o interior y la que se encuentra junto al entrehierro es llamada capa superior, alta o exterior.

Los bobinados de máquinas de corriente continua se construyen modernamente en dos capas, mientras que los de corriente alterna son ejecutados tanto en una como en dos capas.

 

Bobinados abiertos y cerrados: Otra clasificación de los bobinados resulta de dividirlos en abiertos y cerrados.

  • Bobinados abiertos: Son aquellos en los cuales el conjunto de las bobinas presenta dos o más extremos libres que se llevan a la placa de bornas o al colector de anillos. Es el bobinado típico de las máquinas de corriente alterna, en las que existe una o más fases, cada una de las cuales tienen un principio y un final libres.

  • Bobinados cerrados: Son aquellos en los cuales el conjunto de las bobinas forman uno o más circuitos cerrados. Es el bobinado típico de las máquinas de corriente continua, en las que para su funcionamiento, se precisa colocar un colector de delgas sobre las que frotan las escobillas y entre las cuales debe existir siempre continuidad en el bobinado.

 

Representación gráfica de los bobinados: Para el estudio y cálculo de los bobinados de máquinas eléctricas es preciso representarlos gráficamente. Para tal fin se emplean los esquemas rectangular y circular. También se utiliza el esquema simplificado.

  • Representación rectangular: Para ejecutar gráficamente el esquema rectangular de un bobinado de maquina de corriente continua, debe imaginarse que el colector aumenta de diámetro hasta hacerse igual al del paquete chapas del inducido. Igualmente que las cabezas de bobinas del lado contrario al colector se abren en abanico, con lo que el colector, el paquete y las cabezas de las bobinas forman una sola superficie cilíndrica. Luego daremos un corte imaginario a este cilindro, según una de sus generatrices, y abriendo la superficie lateral de ese cilindro lo desarrollaremos sobre el plano.

Representación rectangular

Representación rectangular

 

  • Representación circular: Para ejecutar gráficamente el esquema circular de un bobinado de c. c., admitiremos que lo vemos desde el lados del colector y supondremos que las generatrices del cilindro que forma el paquete de chapas y, con ellas, los conductores, se abren hasta colocarse en el mismo plano que la cara anterior del colector. Finalmente, para poder representar las cabezas del lado contrario al colector, haremos la simple unión de los lados activos correspondientes.

Representación circular

Representación circular

 

  • Representación simplificada: Normalmente, en los talleres de bobinado no es necesario disponer del esquema competo, sino que es suficiente conocer los datos y condiciones del bobinado y un esquema simplificado de su ejecución.

Representación simplificada

Representación simplificada

 

Generadores de c. c.: Se denominan “dinamos” y son máquinas que transforman la energía mecánica (que recibe por su eje) en energía eléctrica (que suministra por sus bornas), teniendo en cuenta que esta energía eléctrica debe manifestarse en forma de corriente continua.

Principio de funcionamiento de las dinamos

Principio de funcionamiento de las dinamos

 

Colector de delgas: Anteriormente se dijo que los bobinados de c. c. son todos cerrados, es decir, que no presentan ningún extremo libre por el que se le pueda suministrar corriente (caso de los motores), o por el que se pueda alimentar uno o varios receptores (caso de las dinamos). Por ello van provistas las máquinas de c. c. de un colector de delgas, que esta constituido por un número determinado de láminas de cobre llamadas delgas, las cuales quedan aisladas entre sí mediante láminas de micanita. Sobre estas delgas frotan las escobillas que hacen la función de extremos libres del bobinado, y a su vez van conmutando los distintos circuitos del bobinado.

Al mismo tiempo el colector permite rectificar las tensiones alternas que se generan en los conductores del inducido de tal forma que merced a la presencia del mismo se obtiene una tensión continua.

Colector de delgas

Colector de delgas

 

Número de polos de las dinamos: Las máquinas grandes exigen para su funcionamiento un flujo magnético de considerable valor. Si dichas máquinas fueran bipolares, la culata, polos y demás partes del conjunto magnético tendrían que ser de secciones excesivamente grandes para que la inducción se mantuviera dentro de límites aceptables, lo que daría, como consecuencia, máquinas pesadas y caras.

Se evita este inconveniente construyendo máquinas con más de dos polos, con el fin de que el flujo total de la máquina se subdivida en varios flujos parciales.

Circuito magnético de las dinamos

Circuito magnético de las dinamos

a) Bipolar, b) tetrapolar

 

Número de líneas de escobillas: La f.e.m. inducida en cada conductor del inducido cambia de sentido cuando éste pasa por la línea neutra.

Ahora bien, en una máquina multipolar habrá tantas líneas neutras como polos, ya que entre cada dos polos existirá una zona en la que se compensen las acciones de ambos polos.

Según lo dicho en los dos párrafos anteriores, las escobillas deben ser colocadas sobre delgas conectadas con conductores situados sobre una línea neutra, luego podremos colocar tantas líneas de escobillas como número de polos tiene la máquina. Como estas líneas de escobillas deben ser equidistantes, ya que también lo están las líneas neutras, se deduce que el ángulo geométrico de separación entre líneas de escobillas "aesc" debe ser igual a

Por otra parte, en los dibujos de esquemas se suelen representar las líneas de escobillas, por lo que conviene calcular su distancia en delgas.

Siendo “D” el número total de delgas del colector, la distancia en delgas entre dos líneas de escobillas consecutivas o “paso de escobillas (Yesc)”, será igual a

 

Circuitos eléctricos: Los dos circuitos eléctricos de una dinamo se conocen con los nombres de inducido e inductor.

  • Circuito inducido: Está constituido por el conjunto de bobinas colocadas en las ranuras de la armadura del rotor.

  • Circuito inductor: Está constituido por las bobinas que rodean a los núcleos de los polos. Se distinguen los circuitos inductores principal y auxiliar, según los polos sobre los que van colocados.

 

Condiciones de los bobinados inducidos de c. c.: Los bobinados modernos de máquinas de c. c. son todos de tambor y en dos capas por ranura. Las condiciones generales que deben cumplir son las siguientes:

  • Deben ser cerrados. Como quiera que las escobillas se apoyan sucesivamente sobre delgas diferentes, es necesario que el bobinado sea cerrado, para que siempre exista continuidad.

  • Las f.e.ms. totales generadas en los distintos circuitos paralelos deben ser iguales.

  • Las resistencias interiores de los distintos circuitos paralelos deben ser iguales.

Para que se cumplan exactamente las condiciones 2ª y 3ª, es preciso que dichas ramas dispongan de igual número de espiras y que éstas tengan igual longitud de conductor.

Para que así sea, es preciso:

  • Que todas las ramas en paralelo tengan el mismo número de lados activos de bobinas.

  • Que todas las bobinas tengan el mismo número de secciones inducidas.

  • Que todas las secciones inducidas tengan el mismo número de espiras.

  • Que todas las bobinas sean ejecutadas sobre el mismo modelo de molde.

 

Secciones inducidas: Recibe este nombre el conjunto de espiras comprendidas entre dos delgas del colector que se encuentran sucesivamente recorriendo el bobinado.

La sección inducida puede estar formada por una sola espira o de varias en serie, pero únicamente dispone de dos extremos libres los cuales se conectan a las dos delgas, entre las cuales está comprendida.

En los bobinados de tambor, cada sección inducida comprende dos haces activos; uno, colocado en la capa superior de una ranura, y el otro, situado en la capa inferior de la otra ranura que le corresponde.

Bobinas de inducido de c. c. y su disposición en las ranuras

Bobinas de inducido de c. c. y su disposición en las ranuras

a) Con una sección inducida, b) con dos secciones inducidas, c) con tres secciones inducidas

 

Número de secciones inducidas: En un bobinado de dos capas por ranura, el número de bobinas “B” es igual al número de ranuras “K”.

Designando por “U” al número de secciones inducidas que constituye una bobina, el número total de secciones inducidas “S” del bobinado será igual al producto del número de bobinas por el de secciones inducidas de cada bobina.

Por otra parte, el número de delgas del colector debe ser igual al número total de secciones inducidas.

 

Numeración de ranuras y de secciones inducidas: Podemos establecer dos reglas:

  • Para numerar las ranuras de la armadura se da a una cualquiera de ellas el número 1 y a las siguientes los números sucesivos, hasta recorrer la periferia completa de la armadura.

  • Para numerar las secciones inducidas, se empieza por dar el número 1 a la que está situada más a la izquierda en la ranura 1, luego se van dando los números sucesivos a las siguientes secciones, siguiendo la periferia de la armadura en el mismo sentido que se siguió al numerar las ranuras.

Numeración de las secciones inducidas

Numeración de las secciones inducidas

 

OBSERVACIÓN. Si se deseara hacer notar más exactamente un haz activo de la capa inferior, podrá determinarse con el mismo número que tiene el haz activo superior colocado sobre aquél y señalarlo con el apóstrofo ‘. Así están señalados en la fig. los haces activos 1’, 5’ y 9’

 

Ancho de sección: Se le da el nombre a la distancia, medida en secciones inducidas, existente entre los dos haces activos de una misma sección. El ancho de sección tiene que tener, forzosamente, un valor entero y se representa por “Y1.

Ancho de sección

Ancho de sección

 

Se calcula el ancho de sección, después de elegido el paso de ranura “Yk.

Así, siendo “U” el número de secciones inducidas por bobina, resulta que el ancho de sección tendrá por valo

 

Bobinados imbricados y ondulados: En un bobinado de corriente continua, la conexión entre secciones sucesivas puede ser efectuada de dos formas diferentes:

  • Bobinado imbricado. Después de haber recorrido la sección 1 se retrocede por la parte anterior para buscar el principio de la sección inmediata, es decir la 2. Este tipo de bobinado se distingue porque el bobinado avanza por su cara posterior y retrocede por la anterior.

Bobinado imbricado

Bobinado imbricado

 

  • Bobinado ondulado. Después de haber recorrido la sección 1, se avanza por la cara anterior para buscar el principio de la otra sección inducida que se halle colocada bajo el campo magnético del siguiente polo, aunque con posición similar a la sección 2. Este tipo de bobinado avanza en la periferia del inducido tanto por la cara posterior como por la anterior.

Bobinado ondulado

Bobinado ondulado

 

Paso de conexión: Recibe el nombre de paso de conexión la distancia, medida en secciones inducidas, existente entre el haz activo que constituye el final de una sección y el haz activo principio de la siguiente, siguiendo el curso del bobinado. Se designa por “Y2. Una vez calculado si el signo del resultado es negativo, el bobinado será imbricado, mientras que si es positivo, el bobinado será ondulado.

     si el bobinado es imbricado.

     si el bobinado es ondulado. 

 

Paso resultante: Es la distancia medida en secciones inducidas, existente entre los haces activos superiores o principios de dos secciones consecutivas siguiendo el curso del bobinado. Se designa por “Y”.

     si el bobinado es imbricado.

     si el bobinado es ondulado. 

 

Paso de colector: Recibe el nombre de paso de colector el número de delgas que es necesario saltar para ir desde la delga de partida de una sección hasta la delga de partida de la sección siguiente, recorriendo el bobinado. Se designa por “Ycol.

El paso de colector tiene el mismo valor que el paso resultante.

 

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