Rebobinado De Motores h5c14

Guatemala, C.A.

TÉCNICO EN ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

Rebobinado de motores eléctricos de inducción MT.3.4.2-333/07 Edición 01

MÓDULO 6

Guatemala, octubre de 2007

Copyright Instituto Técnico de Capacitación y Productividad - INTECAP- 2007 Esta publicación goza de la protección de los derechos de propiedad intelectual en virtud de la Convención Universal sobre Derechos de Autor. Las solicitudes de autorización para la reproducción, traducción o adaptación parcial o total de su contenido, deben dirigirse al Instituto Técnico de Capacitación y Productividad INTECAP de Guatemala. El Instituto dictaminará sobre dichas solicitudes en beneficio de la Formación Profesional de los interesados. Extractos breves de esta publicación pueden reproducirse sin autorización, a condición de que se mencione la fuente. MANUAL TÉCNICO REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN Código: MT.3.4.2-333/07 Edición 01 Las denominaciones empleadas en las publicaciones del Instituto y la forma en que aparecen presentadas, no implican juicio alguno por parte del INTECAP, ni de sus autoridades. La responsabilidad de la información aquí vertida, incumbe exclusivamente a su autor. Las publicaciones del Instituto Técnico de Capacitación y Productividad, pueden solicitarse a la siguiente dirección:

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REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

TÉCNICO EN ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

Serie modular El estudio del contenido de esta serie modular, contribuirá a que usted adquiera las competencias para instalar y proveer mantenimiento a equipo y máquinas eléctricas, así como a circuitos eléctricos de mando, alumbrado, fuerza y señalización, en edificios industriales, de acuerdo a especificaciones técnicas de fabricantes, a normas y regulaciones del sector eléctrico guatemalteco y a medidas de seguridad y protección ambiental establecidas.

LA SERIE COMPRENDE:

UNIDAD MODULAR

TÍTULO

1.

Mecánica de ajustes

2. 3.

Electricidad y electromagnetismo Mediciones eléctricas industriales

4.

Instalaciones eléctricas en edificios industriales

5.

Máquinas eléctricas rotativas

6.

Rebobinado de motores eléctricos de inducción

7.

Máquinas eléctricas estacionarias y de generación

8.

Electrónica industrial básica

9.

Controles lógicos programables

10.

Diseño asistido por computadora

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Indice Objetivo del manual ........................................................................................................................ 7 Presentación ............................................................................................................................... 9 Preliminares ............................................................................................................................. 11 Unidad 1 Elaboración y aislamiento de bobinados .............................................................. 15 1.1 Bobinado de motores ........................................................................................................ 17 1.2 Sistemas de bobinado ........................................................................................................ 21 1.3 Cálculos básicos en bobinados de motores ....................................................................... 30 1.4 Elaboración de bobinados de diferentes tipos ................................................................... 33 1.5 Materiales conductores ...................................................................................................... 35 1.6 Materiales aislantes empleados en bobinados .................................................................... 43 1.7 Aislamiento de bobinados .................................................................................................. 49 1.8 Aislamiento de ranuras ...................................................................................................... 60 1.9 Materiales de impregnación y recubrimiento para bobinados ........................................... 63 1.10 Aislamiento de bobinas aplicando barniz ............................................................................ 71 Actividades ......................................................................................................................... 79 Resumen ............................................................................................................................ 81 Evaluación .......................................................................................................................... 84 Unidad 2 Rebobinado de motores eléctricos monofásicos y trifásicos de induccion ..... 87 2.1 Motor de fase partida ........................................................................................................ 88 2.2 Diagnóstico de fallas en motores de fase partida ............................................................... 90 2.3 Rebobinado de motores de fase partida .......................................................................... 107 2.4 Proceso de bobinado de motor de fase partida ............................................................... 115 2.5 Motor trifásico asíncrono de jaula de ardilla .................................................................... 128 2.6 Detección y localización de fallas en motores trifásicos .................................................. 131 2.7 Proceso de bobinado de motores trifásicos .................................................................... 142 Actividades ....................................................................................................................... 153 Resumen .......................................................................................................................... 156 Evaluación ........................................................................................................................ 159 Anexos ........................................................................................................................... 164 Glosario ............................................................................................................................ 178 Bibliografía ........................................................................................................................ 181

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Objetivo del manual El estudio del contenido de este manual, contribuirá a que usted adquiera las competencias para realizar pruebas, construir bobinados, realizar conexiones internas y externas a motores eléctricos de inducción, de acuerdo a especificaciones técnicas de fabricantes y a medidas de seguridad.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Presentación El presente manual de bobinado de motores eléctricos de inducción, constituye un material de apoyo para el paquete didáctico del evento del mismo nombre, cuyo contenido se determinó a partir de las bases normativas del plan establecidas por grupos de trabajo conformados por personal técnico del INTECAP. Los motores eléctricos de inducción debido a su versatilidad y bajo costo, además de poder conectarse a una fuente de alimentacion monofásica de 120 voltios, son comúnmente utilizados en la industria y en el hogar existiendo una gran cantidad de ellos con incontables aplicaciones, de ahí la importancia de que el técnico en electricidad industrial conozca los elementos característicos de los bobinados, pues al momento de dejar de funcionar un motor eléctrico de inducción monofásico o trifásico, en un alto porcentaje, su falla se produce en los bobinados, los cuales generalmente deberán de ser reemplazados, realizando nuevamente el bobinado. Por consiguiente, es fundamental saber cómo realizar diferentes tipos de bobinados y colocar los aislamientos de las bobinas, utilizando diferentes materiales de acuerdo a especificaciones técnicas. El estudio de este manual le permitirá al participante adquirir las competencias para elaborar el bobinado de motores eléctricos de inducción y así poder insertarse en el medio productivo nacional, contribuyendo de esta manera al desarrollo económico, a su progreso personal y al medio que lo rodea. Este manual consta de dos unidades, la primera unidad explica los materiales que se utilizan para los bobinados del motor. También se describen las diferentes formas de realizar los bobinados, así como las características de los distintos tipos de conductores eléctricos utilizados. En la segunda unidad se explica específicamente cómo se realiza el bobinado para un motor de inducción monofásico de fase partida, el diagnóstico de fallas del motor, el motor trifásico asíncrono de Jaula de Ardilla, la detección de fallas del motor y cómo se realiza el bobinado en ambos tipos de motores, así como las medidas de protección que se deben aplicar. Se espera que el participante encuentre en el presente manual, información técnica referente al rebobinado de motores eléctricos de inducción, para poder desarrollar las diferentes actividades que se sugieren en cada unidad de enseñanza y que le sirva al instructor como material de apoyo para desarrollar el proceso de capacitación. Debe siempre tener presente la seguridad. En todo el manual encontrará las advertencias y recomendaciones necesarias, con miras a cuidar su integridad física, así como la de las personas que se encuentren a su alrededor y el medio ambiente que nos rodea cuando esté realizando el proceso de bobinado o rebobinado de los motores eléctricos de inducción.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Preliminares Antes de comenzar el estudio de este manual, encontrará secciones importantes las cuales debe leer cuidadosamente. En primer lugar, encontrará medidas y consideraciones importantes sobre seguridad industrial y protección ambiental, que debe tomar en cuenta en el desarrollo del trabajo. Es muy importante que no las tome a la ligera, tómese suficiente tiempo para analizarlas y comprenderlas, pues son de gran importancia para su salud y seguridad. A

MEDIDAS GENERALES DE SEGURIDAD

La electricidad es una fuente esencial de energía para la mayoría de las operaciones relacionadas. Es posible trabajar con seguridad con la electricidad si usted tiene la capacitación necesaria, entiende de electricidad y sigue ciertas normas básicas. Por su naturaleza, la electricidad tomará el trayecto de menor resistencia hacia la tierra. Si ocurre que su cuerpo se encuentra en esa trayectoria, incluso una pequeña cantidad de corriente puede tener efectos fatales. El riesgo de choque eléctrico o electrocución es mayor alrededor de objetos metálicos y en condiciones de humedad. Por lo tanto, asegúrese de que todo el equipo eléctrico se encuentre en buen estado, pueden ocurrir lesiones y daños cuando el equipo está defectuoso. EJEMPLOS DE OS ELÉCTRICOS DIRECTOS

R S T

R S T

A o directo a dos fases activas

RST

Id

B o directo a una fase en fusible y tierra

C o directo a una fase activa y tierra

F

E II

Id

L W

Id

Id

Id

D o directo a una fase de enchufe y tierra

E o directo a una fase de fusible y tierra

F o directo a una fase en lámparas y tierra

Figura A1 Ejemplos de os eléctricos directos

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11

• Revise el lugar de trabajo. Siempre inspeccione el lugar y el equipo eléctrico, específicamente verifique: a) Tomacorrientes. Observe que los tomacorrientes tengan su conexión de tierra y que realmente así sea, es decir que tenga su conductor correspondiente a dicha línea.

e) Protección auditiva. Si va a instalar o a desinstalar un motor en un área donde se produce ruido, que en algunas ocasiones puede alcanzar niveles altos y, alterar la capacidad auditiva, causando una sensación desagradable, molestia, y que puede llegar a causar daño permanente al oído, se le recomienda use protectores auditivos que se fabrican de distintos materiales. Estos protectores pueden ser tapaoídos o tapones. Los tapaoídos cubren totalmente el oído y los tapones auditivos se introducen en el canal auditivo.

Figura A2 Tomacorriente con conexión de tierra

b) Enchufes o espigas, también deben tener su conexión de tierra y observe que los bornes de las espigas no estén flojos o con falso o. c) Nunca se confié y trate a cada cable eléctrico como si estuviera energizada. Deje de usar una herramienta o un electrodoméstico si se siente un choque eléctrico leve o cosquilleo. Apague la alimentación eléctrica si percibe el olor de una sustancia caliente o quemada o si se observa humo, chispas o luces titilantes. d) Utilice guantes al trabajar con cables eléctricos, utilice guantes aislantes de la electricidad, esto le permitirá poder manipular los cables sin problema que le produzca un choque eléctrico. Recuerde que los guantes tiene un nivel máximo de voltaje que pueden soportar.

Figura A4 Protección auditiva

B

PROTECCIÓN AMBIENTAL

Todos los seres vivos tienen una manera de vivir que depende de su forma de ser y del tipo de ambiente en que se desenvuelven, de manera que los factores físicos se combinan para formar una gran variedad de ambientes en distintas partes del medio. Así, la vida de un ser vivo está estrechamente ajustada a las condiciones de su ambiente y también a la vida de sus semejantes, es por esto que al hablar de protección ambiental, es un aspecto en la que estamos involucrados todos. Como parte de esa protección ambiental:

Figura A3 Guantes

12

a) Deposite los residuos del trabajo realizado según corresponda, plásticos en un recipiente diferente al de metales y al de madera.

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b) Maneje adecuadamente los barnices, alcoholes, etc., todos aquellos compuestos químicos que utilice, recuerde que ellos emiten vapores tóxicos dañinos para la salud.

Pictograma de riesgo:

c) Al utilizar barnices u otro tipo de compuestos químicos que emitan olores fuertes, procure que el lugar tenga una buena ventilación y circulación de aire. d) Al utilizar energía eléctrica para los motores, ya sea para extraer la humedad u otro trabajo, recuerde desenergizarlo si no lo está utilizando, con ello pretejemos nuestros ríos y la energía fósil.

Figura A5 Figuras de riesgo más comúnmente usadas

e) Tenga presente los pictogramas de riesgo y utilícelos según corresponda. Vea la figura A5. f) Todo aquello que pueda reciclar, deposítelo en un recipiente aparte, recuerde que al reciclar preservamos más nuestro ambiente.

Figura A6 Símbolo de reciclaje

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

UNIDAD

1

Elaboración y aislamiento de bobinados

•

Realizar diagrama de polos alternos y polos consecuentes, de acuerdo a especificaciones técnicas.

•

Elaborar bobinas de diversos tipos, de acuerdo a especificaciones Técnicas.

•

Realizar aislamiento de bobinados y ranuras de motores eléctricos, de acuerdo a especificaciones técnicas.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

¿Sabe usted de la importancia de los motores ELÉCTRICOS de inducción? Deténgase a pensar por un momento en la industria, de qué manera una polea o polipasto o montacargas levanta paquetes muy pesados, o cómo es que se acciona una banda transportadora o simplemente cómo trabajan las máquinas de coser industriales, cómo funciona una licuadora, una bomba de agua o una refrigeradora. Todas ellas hacen uso de motores eléctricos ya sea a pequeña o gran escala.

Figura 2 Motor de baja potencia utilizado en electrodomésticos

En nuestro medio como observará, existen muchas empresas industriales y hogares que hacen uso de motores eléctricos (vea la figura 2) y demandan de personas que tengan la capacidad de prevenir fallas y repararlos al dañarse. Este manual ha sido elaborado con la finalidad de que personas con los deseos de aprender a bobinar y reparar motores eléctricos de inducción, los cuales también son llamados ASÍNCRONOS, realicen las actividades correspondientes de forma satisfactoria y en un tiempo prudencial que les permita desempeñar una actividad rentable. Figura 1 Montacargas

Los bobinados son la parte esencial de todo motor eléctrico y cuando dicho motor ha sido mal utilizado o sobrecargado, el mismo se deteriora, se quema o se funde y esto sucede porque los bobinados internos que tiene el motor son los que se han quemado y en consecuencia para reparar el motor, es necesario reparar el bobinado o los bobinados defectuosos.

16

Se clasifican en base al voltaje de alimentación en monofásicos y trifásicos y por su forma de construcción en el tipo de Jaula de ardilla o rotor bobinado, pero sus partes y su funcionamiento en esencia son similares. En el presente manual únicamente se estudiará el del tipo de Jaula de Ardilla, monofásico y trifásico.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.1

BOBINADO DE MOTORES

Como parte fundamental de la formación de todo electricista industrial que desea aprender los principios de funcionamiento de los motores eléctricos y su reparación se ha realizado el presente manual en el que se le exponen los conocimientos que debe tener y los pasos a seguir para realizar el bobinado de los motores eléctricos, actividad que al ejecutarla de forma adecuada conlleva la satisfacción de poner a trabajar nuevamente aquellos motores que por una u otra razón estaban dañados. Figura 3 Bobinados eléctricos instalados en el estator del motor

La parte que realiza el movimiento en el motor es el rotor, para un motor asíncrono del tipo jaula de ardilla que es el que se analiza, no hay mayor complicación pues estos no poseen bobinas sino que están formados por platinas o varillas cortocircuitadas, por lo que en un noventa por ciento de los casos lo que se daña son los bobinados del estator (vea la figura 4) de ahí que se inicie con el estudio de éstos.

Figura 4 Bobinados eléctricos en el rotor del estator

1.1.1

DEFINICIÓN

Actividad por medio de la cual se realizan los arrollamientos de alambre que van en la parte interna del motor y que permitirán la circulación de la corriente eléctrica y la creación de los campos magnéticos, que darán como resultado el movimiento circular del rotor.

Figura 5 Motor bobinado

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.1.2

ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS DE UN EMBOBINADO

Antes de desarrollar el presente tema, es importante que conozca algunos términos técnicos que se utilizarán. (Consulte el glosario)

A

Es el arrollamiento de alambre que se realiza para que por medio de él, al circular una corriente eléctrica, se produzca un campo magnético y se inicie la acción motora, vea la figura 8.

Bobina sin encintar

Tira de protección del hilo contra rozaduras

Aislante en la ranura

Figura 6 Ranuras del estator del motor

Estator

Es la parte inmóvil del motor que es donde se encuentran las ranuras y los bobinados, también se le da el nombre de enchapado estatórico.

C

Embobinado o bobinado

Ranuras

Son las hendiduras donde van incrustados los devanados del motor, vea la figura 6. Antes de ubicar los arrollamientos en el interior de las ranuras, debe colocar en las mismas un determinado aislamiento con el objeto de evitar que el conductor recubierto tenga algún punto de o directo con el núcleo de hierro.

B

D

Enchapado estatórico

Es el nombre que se le da a la parte externa del motor, debido a estar formado de varias chapas metálicas, vea la figura 7.

Tira adhesiva

Forma definitiva de la bobina Figura 8 Bobina de un motor

E

Polo

Es el nombre del polo magnético que se forma al generarse un campo magnético, éste sólo puede tomar una de dos polaridades, norte o sur. Los elementos característicos de un bobinado son sus lados activos y cabezas. • Lados activos: son los dos lados de las bobinas que se encuentran en las ranuras. Ambos lados de las bobinas tienen el mismo número de conductores, número que coincide con el de vueltas arrolladas. • Cabezas: son las conexiones frontales entre los dos lados activos de las bobinas. En las cabezas de las bobinas no se generan tensiones eléctricas, su misión es la de unir los lados de la bobina, con lo que se suman las tensiones generadas en dichos lados, vea la figura 9. Bobina sin encintar

Forma inicial de la bobina Figura 7 Estator de un motor

18

Lado Activo

Figura 9 Cabeza y lado activo

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.1.3

CLASIFICACIÓN DE LOS BOBINADOS

Los bobinados se pueden clasificar según diversos criterios, los más comúnmente utilizados son el número de lados de bobinas que alberga cada ranura, en esta forma se clasifican en arrollamientos a una capa, a dos capas y mixto.

22

24 1

23

2

4

21 Y

20

U

Con relación a esto se clasifican en arrollamientos con bobinas de paso constante y arrollamientos con bobinas de paso variable. Siendo el más común el tipo de bobinado a una capa y a dos capas, el presente manual explicará cómo se realizan dichos arrollamientos de bobinados.

A

A una capa

Z

6

V

7

W

18 17

8 9

16 15

También se pueden clasifican de acuerdo al paso del devanado, es decir al ancho de las bobinas.

5

X

19

Si la clasificación se hace con relación a la disposición geométrica de las cabezas de las bobinas, se distinguen entre arrollamientos con cabezas de bobinas en dos planos, en tres planos y con cabezas de bobinas solapadas.

3

14

13

12

11

10

Figura 10 Bobinado a una capa

B

A doble capa

Es frecuente encontrar embobinados de dos capas en los motores asíncronos, en ellos, en cada ranura se encuentran dos lados activos que pertenecen a dos bobinas distintas, un lado activo de una bobina se encuentra en la parte inferior de la ranura y el otro lado activo de la bobina, en la parte superior, vea la figura 11.

Son aquellos arrollamientos de bobinas en los cuales un lado de la bobina ocupa por completo toda su ranura. Cada ranura alberga todos los conductores que componen un lado de una bobina, y nada más que dichos conductores. En este tipo de bobinados, los lados activos que están bajo el polo siguiente, se encuentran conectados a los lados activos de una fase colocados debajo de un polo, vea la figura 10. Figura 11 Bobinado a doble capa

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19

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Este tipo de embobinados generalmente son de corona, vea la figura 12.

1

2

3

4

5

6

8

7

9

10

11

12

1.1.5

Conocido el tipo de bobinado que realizará, ya sea de una capa o de doble capa, deberá también tener presente que debe conocer otros parámetros del motor tales como el número de polos, el número de ranuras, la cantidad de ranuras por polo y el paso de bobina, esto le permitirá disponer de una serie de datos los que le servirán para tomar una decisión más precisa sobre la forma y tipo de bobinado a realizar.

A U

Y

W

X

V

Z

Figura 12 Bobinado de corona, representación lineal

1.1.4

APLICACIONES

Todo bobinado está formado por el conjunto ordenado de elementos, compuestos por partes cada vez más simples, hasta llegar a un conductor elemental. Este conductor elemental puede estar dispuesto en varios arrollamientos que dan como resultado los bobinados, los que también pueden ser hechos de muchas formas y ubicados dentro de las ranuras de diferentes maneras, que le da una clasificación en particular. Cada una de estas características de los bobinados permitirá utilizarlos para aplicaciones como cambios de nivel de voltaje de operación o cambio de un motor bobinado para operarlo de una tensión trifásica, a una tensión de voltaje monofásico. Los bobinados en general se utilizan para realizar los motores trifásicos, del tipo de jaula de ardilla y de motor devanado, así como para bobinados de motores monofásicos del tipo de fase partida, de arranque por condensador o de algún otro tipo de motores, de ahí la importancia de los bobinados que son la base fundamental para el funcionamiento y la operación de los motores.

20

CARACTERÍSTICAS

Número de polos

En forma general, el número de polos viene implícitamente dado en la placa del motor. Si se tiene la velocidad síncrona del motor n y la frecuencia f, para determinar el número de pares de polos existe la relación p =60 f/n. La velocidad síncrónica es un dato fijo así como la frecuencia, de esa cuenta se determina el valor total de polos 2p. Otra forma para saber el número de polos es el número de secciones de su arrollamiento de trabajo o régimen, vea la figura 13.

Arrollamiento de régimen

Un polo

Un polo Arrollamiento de arranque Ranura

Figura 13 Polos del motor

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

B

Entonces Nrp = 32 / (2 x 4) y Nrp = 4 ranuras por polo.

Ranuras

Una ranura es el lugar donde se ubican los bobinados. Siempre los bobinados van sobre un material no conductor para que los devanados no hagan o directo con el núcleo, tal como se observa en la figura 14, en donde también puede apreciar la forma en que está colocado el aislante dentro de la ranura y la tira de protección del hilo contra rozaduras del bobinado. Las ranuras son parte propia del estator y no puede aumentarse o disminuirse su cantidad. Tira de protección del hilo contra rozaduras

Aislante en la ranura

Figura 14 Ranuras en el estator

C

•

EJERCICIO 1:

Para un motor de 8 polos y 24 ranuras en su estator determine el número de ranuras por polo. •

EJERCICIO 2:

Para un motor que gira a 900 rpm y 60 hertz, determine el número de polos del motor.

D

Paso o paso de bobina

Al situar una bobina en el estator o rotor de una máquina eléctrica, uno de los lados de dicha bobina se aloja en una de las ranuras, mientras que el otro lado se alberga en otra ranura situada a cierta distancia de la primera.

Tira de protección del hilo contra rozaduras

Aislante en la ranura

Número de ranuras por polo

Se refiere al número total Nrp de ranuras donde deberá insertarse el arrollamiento del bobinado. En orma matemática se tiene Nrp = Nr /2 x p, que indica el género de ranuras que se encuentran bajo un polo, donde Nrp es el número de ranuras por polo y Nr es el número de ranuras. El número de ranuras por polo y por fase en el caso de motores trifásicos q = Nr / 3 x 2 x p indica el número de ranuras, bajo un polo, que están ocupadas por los lados activos de las bobinas de una sola fase. Ejemplo Se tiene un motor de 4 polos con 32 ranuras en su estator, determine el número de ranuras por polo. De acuerdo a la ecuación Nrp = Nr / 2 x p tenemos que Nr = 32 p = 4

Figura 15 Paso de 3 ranuras

El paso de bobina representa la distancia medida en número de ranuras, entre los dos lados activos de una misma bobina, vea la figura 15.

1.2

SISTEMAS DE BOBINADO

La ejecución práctica del bobinado es cuestión de habilidad del rebobinador, vea la figura 16, y aunque cada motor de acuerdo con sus datos eléctricos nominales exige un determinado arrollamiento, los motores con el mismo número de polos, fases y ranuras, disponen de arrollamientos que a menudo

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21

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

solamente se diferencian en el número y diámetro de los conductores de sus respectivas bobinas. El sistema de bobinado es una representación esquemática de la forma en la cual están enrollados y conectados los bobinados.

B

Imbricado o a corona (sin fin)

En este tipo de bobinado, las bobinas son iguales, se cruzan y son cerradas.

C

Ondulado concéntrico

Son casi lo contrario de las tipo corona, es decir no son cerradas, sino abiertas, incertadas las unas a las otras y se cruzan.

D

Ondulado imbricado

Estas bobinas se cruzan y son abiertas. Consulte la tabla 1 de SISTEMAS DE BOBINADO.

1.2.3 Figura 16 Bobinados ubicados en el estator

1.2.1

DEFINICIÓN

Se le llama sistema de bobinado al tipo de bobinado a realizar y básicamente éstos se clasifican de acuerdo al aspecto exterior que tomarán las conexiones frontales, una vez terminado el bobinado del motor.

1.2.2

TIPOS DE BOBINADOS

De acuerdo a la clasificación indicada en la sección 1.1.3 de una capa y de dos capas, los bobinados pueden tomar un aspecto exterior que les da una subclasificación siendo ésta del tipo concéntrico, imbricado o a corona, ondulado concéntrico y ondulado imbricado.

A

Concéntrico

Se le llaman así cuando las bobinas son iguales y no se cruzan o son cerradas e insertadas las unas con las otras.

22

CARACTERÍSTICAS DE POLOS ALTERNOS Y POLOS CONSECUENTES

Se le designa como polo, al lugar donde sale o entra un flujo de campo magnético, es decir, si el flujo magnético sale de ese punto se dice que es un Polo Norte y si el flujo entra a dicho polo es un Polo Sur. Es importante tener presente que para que se produzca un flujo magnético debe existir un par de polos, un polo norte y un polo sur, ya que un polo no produce flujo magnético o campo magnético.

A

Polos alternos

Considere un plan de arrollamiento donde se tiene el mismo número de polos y ranuras pero ejecutado subdividiendo cada grupo de bobinas en dos mitades. Debido a que se conocen los valores de N y p, el número de bobinas por cada grupo se conoce pues es igual a q / 2 y el número de grupos de bobinas que aparece en cada fase es igual al número total de polos es 2p.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

SISTEMA

FORMA

ESQUEMA

Cóncentrico

Imbricado o a corona (sin fin)

Ondulado concéntrico

Ondulado Imbricado

Tabla 1 Sistemas de bobinados

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23

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

En cuanto al sentido de la corriente, puede observar que siempre es contrario en dos grupos consecutivos de una misma fase. Los arrollamientos que cumplen esta última condición se denominan arrollamientos de polos alternos. Analizando los arrollamientos imbricados a dos capas se observa que todos son de polos alternados, teniendo todas las características de éstos: 1) La sucesión de las fases es ACB, ACB, ACB, ACB, etc. 2) La fase A consta de los grupos 1, 4, 7, 10, 13, etc. 3) La fase B consta de los grupos 3, 6, 9, 12, etc. 4) La fase C consta de los grupos 2, 5, 8, 11, 14, etc. 5) Dos grupos consecutivos cualesquiera, de cada fase, tienen siempre sentidos opuestos de circulación de corriente.

B

Polos consecuentes

Al circular corriente por uno de los arrollamientos de los polos, se genera en el núcleo estatórico un polo magnético de signo opuesto entre cada par de aquellos. Esto hace que se forme un número de polos magnéticos doble que el de polos bobinados, ocurriendo como si el motor tuviera el doble de polos.

1.2.4

sistemas

para

representar

Representación lineal o plana

En esta representación se supone que se desarrolla el devanado como si la superficie cilíndrica interna del estator fuera desarrollada en un plano. Los lados o caras activas, cualesquiera que sean las partes activas que lo constituyan están representadas por un solo segmento, se pueden emplear colores distintos o líneas de distinto tipo para poder distinguir las tres fases entre sí. Ejemplo Trace el diagrama desarrollado en un plano para el estator de un motor trifásico de inducción 60 Hz, 1,800 rpm que tiene 24 ranuras. Solución Para determinar el número de polos del motor realice lo siguiente: No. polos = (120 x f) / r p m = (129 x 60) / 1,800 = 4 El número de ranuras por polo y por fase es:

El paso de bobina es: los

Paso = No. de ranuras / No. de polos = 24 / 4 = 6 ( 1 a 7 ) El procedimiento para trazar el diagrama en plano es el siguiente:

- Lineal o plana - Circular o frontal

PASO

El primer sistema representa el bobinado como si después de haber cortado o abierto el estator, se observara la superficie cilíndrica interna del mismo.

24

A

No. ranuras / (polo x fase) = 24 / (3 x 4) = 2

REPRESENTACIÓN DE SISTEMAS DE BOBINAS

Existen dos embobinados:

Los lados activos de las bobinas se representan con una única línea; es necesario utilizar diferentes colores o diferentes tipos de líneas para poder reconocer los tres circuitos de las tres fases.

1

Trace 4 líneas paralelas horizontales, entre las líneas de 1 a 2 y de 3 a 4 quedará un espacio para ser ocupado por los lados inactivos de las bobinas o cabezas.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Las líneas 2 y 3 se representarán el enchapado estatórico, vea la figura 17.

PASO

5

Una los lados activos tomando en cuenta el paso de manera que las bobinas sean cerradas; las bobinas de una misma fase se conectan en serie.

1 2

PASO

6

Indique el principio y el final de cada fase (vea la figura 19) 3

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

1

4

2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141516171819 20 2122 23 24

Figura 17 Trazo de 4 rectas paralelas y numeración de las ranuras

PASO

2

3

En el espacio delimitado por las líneas 2 y 3 trace tantas líneas como ranuras haya y numérelas.

PASO

3

4

Indique los sentidos de bobinado con flechas alternas, vea la figura 18. 1

P2

P1

P3

F1

F2

PASO

7

Verifique el esquema: Recorriendo cada fase desde el principio hasta el final tendrá que encontrarse en el mismo sentido de las flechas trazadas.

PASO

8

Conecte las tres fases en estrella o en triángulo, vea las figuras 20 y 21 en la siguiente página.

2

3

F3

Figura 19 Unión de los conductores de acuerdo al paso de bobina

Trace (con líneas de diferente color o de diferente tipo) los lados activos, tomando en cuenta el número de ranuras por polo y por fase.

PASO

4

B

1 2

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

4

Representación circular o frontal

En este diagrama, se supone que el devanado es visto por un observador situado al frente del motor como si se le hubiera quitado la tapa y no se observaran los cabezales de las bobinas, cada haz o grupo activo se representa por un pequeño círculo y las conexiones frontales de las líneas que los unen según el paso de bobina establecido.

Figura 18 Sentido de los bobinados

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

25

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Solución Final de C Fase C Red trifásica

Principio de A

Fase A

Principio de C

Final de A

Final de B Principio de B

Para realizar una representación circular realice lo siguiente:

PASO

1

Trace unos círculos que representan el estator.

PASO

2

Divida el círculo interno en tantas partes, como sea el número de ranuras (12 ranuras) Figura 20 Conexión en delta de los devanados

PASO

3

Trace los circuitos en correspondencia a las divisiones realizadas para identificar las ranuras y numérelas. Principio de A

Red trifásica

Fase A Final de A Final de B Fase B Principio de C Principio de B

PASO

4

Identifique con colores o con signos los circuitos que forman parte de la misma fase, vea la figura 22.

Mis apuntes

Figura 21 Conexión en estrella de los devanados

Por lo general, se acostumbra indicar las conexiones frontales anteriores en la parte superior del diseño y aquellas posteriores en la parte interna con líneas punteadas. En este caso, también es necesario utilizar diferentes colores o diferentes tipos de líneas para poder reconocer las tres fases. Ejemplo Para un motor de 60 Hz, 3 fases, 12 ranuras y paso de bobina igual a 3, realice su representación frontal.

26

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

PASO 1

12 b

Complete la representación de las otras dos fases, repitiendo el paso 5. Utilice colores o tipos de líneas diferentes para identificar las fases, vea la figura 24.

2 3

11 c

4

a

10

6

5

9 8

6

7

Figura 22 Trace y divida el círculo interno

PASO

5

Iniciando por la ranura 1 trace el circuito de una fase (al exterior del círculo se trazan las conexiones frontales de las bobinas de acuerdo al paso establecido; en el interior del círculo se trazan las conexiones entre bobinas), vea la figura 23.

12 11

1

2 3

P1

10

4

F1

5

9 8

7

6

Figura 24 Una las otras fases

Como se ha visto, se deben identificar siempre exactamente y conectar correctamente los principios y los finales de cada fase. Para determinar la posición de los principios de cada fase (que deberán ser indicados en el esquema junto a los finales) se divide el número de ranuras por el triple del número de pares de polos. La cifra que sale de este cálculo representa el número de ranuras que hay entre el principio de la primera fase, el principio de la segunda y entre ésta y el principio de la tercera. Por ejemplo un motor asincrónico de 12 ranuras y dos polos, se tiene el principio de la primera fase en la ranura 1, el principio de la segunda en la ranura 5 (Nr/3xp = 12/3 = 4) y el principio de la tercera en la ranura 9 (5 + 4 = 9), vea la figura 25.

Figura 23 Una la primer fase

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27

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

2) Dibuje el esquema lineal de un motor trifásico de 4 polos 24 ranuras paso 1-7 bobinado imbricado de una capa tipo A, 6 bornes conexión en estrella o en triángulo, vea la figura 27.

1

12

2

11

3

10

5

4

8

7

6

9 10

4

11

3 5

9

12

2

6

8

V

24

7

Z

U

1

W

X

13

Y

14 15

23 Figura 25 Representación circular motor asincrónico trifásico 2 polos, 24 ranuras paso entero 1-12, embobinado imbricado, Tipo B.

22 21

20

19

18

17

Figura 27 Representación circular del motor de 24 ranuras

Ejercicios 1) Dibuje el esquema lineal de un motor trifásico de 2 polos, 12 ranuras, paso 1-6 bobinado imbricado de una capa, tipo B, 6 bornes conexión en estrella o en triángulo, vea la figura 26.

16

3) Dibuje el esquema lineal de un motor trifásico de 2 polaridades 4 y 2 polos, 24 ranuras, paso 1-7, bobinado imbricado de doble capa, 6 bornes conexión en triángulo para 4 polos y en doble estrella para dos polos, vea la figura 28. 1

4

2

5

3

5

2 Y U

1 12

7

10 11

6

2

X

1

V 8

11

U

W V

12 Z

13

Y

15

23

9

16

22

10

5 Figura 26 Representación circular motor de 12 ranuras

14

24

21

28

9

3

X Z

8

4

6

W

7

6

20

19

18

17 4

Figura 28 Representacion circular motor de 24 ranuras dos capas

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

3

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

4) Dibuje el esquema lineal de un motor de 2 polaridades 8 y 4 polos, 24 ranuras, doble capa paso 1-4, Conexión (8 / 4) 6 bornes, vea la figura 29.

14

13

15

16

12

17

11

V

18

Z

X

10

1

U W

9

Y

2

8

3 7

6

4 5

Figura 29 Representación circular motor de 2 polaridades doble capa

5) Dibuje el esquema circular para un motor de una capa, 36 ranuras, 2 polos, bobinado imbricado. Vea la figura 30.

U

Z

Y

X

W

Y

Figura 30 Representación lineal motor de una capa 36 ranuras

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29

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.3

CÁLCULOS BÁSICOS EN BOBINADOS DE MOTORES

Para que realice un bobinado de acuerdo a los requerimientos del motor o de acuerdo a los nuevos requerimientos de trabajo, es necesario realizar las operaciones básicas, las que le ayudaran a obtener un trabajo adecuado a las necesidades existentes. Para realizar una mejor descripción de los parámetros a considerar, se analizará primeramente el motor monofásico de fase partida y luego motor asíncrono trifásico. Tenga presente que en la sección 1.1.5 ya se dieron las ecuaciones correspondientes para el cálculo del número de polos, número de ranuras, número de ranuras por polo y el paso de bobinas.

1.3.1

MOTOR MONOFÁSICO DE FASE PARTIDA

Rebobinado para una nueva tensión de servicio: Al querer modificar la tensión de servicio aplicada al motor, el cálculo y la ejecución del nuevo arrollamiento quedan muy simplificados, puesto que los únicos factores que varían son la sección del hilo y el número de espiras por bobina. Los pasos de las bobinas y las conexiones entre las mismas permanecen inalterados. Existen dos reglas que se deben tener en cuenta: Regla 1 Número nuevo de espiras tensión nueva X número primitivo de espiras = tensión primitiva

Regla 2 Sección mayorada nueva tensión primitiva X sección mayorada primitiva = tensión nueva

30

Sección mayorada: Se le llama así al área de sección transversal del conductor. Ejemplo 1 Un motor tetrapolar de fase partida, con una tensión de servicio de 115 V, una potencia de 1/3 CV, y una velocidad de 1,425 rpm a la frecuencia de 50 Hz, debe ser rebobinado para una tensión de servicio de 230 V, conservando la misma velocidad y la misma potencia. El estator posee 32 ranuras. Los datos de los arrollamientos existentes son: • Arrollamiento de trabajo Pasos: 1-8 Números de espiras: 35 Calibre de hilo: 17

2-7 18 17

3-6 14 17

• Arrollamiento de arranque Pasos: Número de espiras: Calibre del hilo:

1-8 35 17

2-7 18 17

Calcule el número de espiras en cada bobina y el calibre del hilo necesario para los dos arrollamientos a ejecutar.

PASO

1

Aplique la regla 1. Puesto que la tensión nueva es dos veces mayor que la primitiva, el número de espiras en cada bobina de los nuevos arrollamientos deberá doblarse. Por consiguiente se tendrá: Número de espiras: Multiplicando por 2 la cantidad de arrollamientos que hay al inicio se tiene: Pasos 1-8 2-7 3-6 1-8 2-7 Arrollamiento de trabajo 70 36 28 Arrollamiento de arranque 140 74

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

PASO

2

T1

Aplique la regla 2, esto indica que la sección mayorada nueva debe ser igual a la mitad de la sección mayorada primitiva. En virtud del principio 2, una reducción de sección a la mitad corresponde a un aumento del número de calibre en tres unidades. Por consiguiente, los respectivos calibres de los nuevos arrollamientos serán: Arrollamiento de trabajo 17 + 3 = 20 Arrollamiento de arranque 22 + 3 = 25 El arrollamiento de arranque también podría sustituirse por otro idéntico al primitivo (mismos números de espiras e igual calibre de hilo), a condición de ir conectado en paralelo con una sección, (una mitad) del arrollamiento de trabajo: en tal caso, este último trabajará también como autotransformador. En efecto, puesto que la tensión que entonces queda aplicada entre dos polos del arrollamiento de trabajo es la mitad de la tensión de servicio y, el arrollamiento de arranque está conectado en paralelo con estos dos polos, es evidente que este último arrollamiento funcionará también a la mitad de la tensión de servicio. Ejemplo 2 Considere ahora que dicho motor debe ser rebobinado para que pueda trabajar indistintamente a las dos tensiones de servicio (115 y 230 V) Para ello proceda de la manera siguiente:

PASO

Arroll. trabajo Sec. 2

1

Bobine el arrollamiento de trabajo para una tensión de servicio de 230 V de acuerdo con el cálculo anterior. Sin embargo, subdivídase en dos secciones y hágase salir hasta la placa de bornes los cuatro terminales, que permitirán efectuar la reconexión deseada, vea la figura 31.

T4 T8 230 V

Arroll. arran.

T5 T3 T2

Int. centr.

Arroll. trabajo Sec. 1

Figura 31 Rebobinado del motor para dos tensiones de voltaje

PASO

2

Puesto que el arrollamiento de arranque está conectado en paralelo con una sola sección del arrollamiento de trabajo, no es preciso efectuar ningún cambio en dicho arrollamiento.

PASO

3

Para invertir el sentido de giro del motor bastará permutar los dos terminales del arrollamiento de arranque.

PASO

4

Para un servicio a 230 V bastará que conecte en serie exteriormente las dos secciones del arrollamiento de trabajo. Para un servicio a 115 V, es suficiente que conecte los arrollamientos en paralelo. Ejercicio 1 Un motor tetrapolar de fase partida, con una tensión de servicio de 115 V, una potencia de 1/2 CV, y una velocidad de 1,425 rpm a la frecuencia de 50 Hz, debe ser rebobinado para una tensión de servicio de 230 V, conservando la misma velocidad y la misma potencia. El estator posee 32 ranuras. Los datos de los arrollamientos existentes son:

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

31

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

• Arrollamiento de trabajo Pasos: 1-8 Números de espiras: 40 Calibre de hilo: 17

• Número de polos 2-7 25 17

3-6 18 17

En los motores eléctricos, el número de polos ya viene dado, por lo que verifique los datos del fabricante para determinar de cuantos polos es el motor.

• Arrollamiento de arranque

Para más detalle consulte la sección 1.1.5 inciso a.

Pasos: Número de espiras: Calibre del hilo:

• Número de bobinas

1-8 40 17

2-7 25 17

Regla 1

Calcule el número de espiras en cada bobina y el calibre del hilo necesario para los dos arrollamientos a ejecutar.

El Número de bobinas por polo lo determina al dividir el número total de bobinas estatóricas por el número de polos del motor.

Ejercicio

Ejemplo

2

Considere ahora que el motor del ejercicio 1 debe ser rebobinado para que pueda trabajar indistintamente a las dos tensiones de servicio (115 y 230 V)

Se tiene un motor trifásico tetrapolar provisto de 36 ranuras, calcule el número de bobinas por polo.

Para ello Calcule el número de espiras en cada bobina y el calibre del hilo necesario para los dos arrollamientos a ejecutar. Polo 1

1.3.2

MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN

Fases: Casi todos los motores trifásicos están provistos de un arrollamiento estatórico en doble capa, es decir, con igual número de bobinas que de ranuras. Las bobinas van conectadas formando tres arrollamientos independientes llamados Fases, las cuales se designan generalmente con las letras A, B y C (fase A, Fase B, Fase C) Puesto que cada fase debe estar constituida por el mismo número de bobinas, éste será igual a un tercio del número total de bobinas existentes en el estator.

Polo 2

Polo 4

Figura 32 36 bobinas / 4 polos = 9 bobinas por polo

• Número de bobinas por fase Regla 2 Para determinar el número de bobinas por fase, divida el número total de bobinas estatóricas por el número de fases del motor. Ejemplo En un motor provisto de 36 bobinas, habrá: 36 bobinas / 3 fases = 12 bobinas por fase

En términos generales, la regla a aplicar es la siguiente:

32

Polo 3

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Ejercicio Para un motor de 24 bobinas 3 fases determine el número de bobinas por fase. • Grupos de bobinas

1.4 PASO

Se llama grupo a un determinado número de bobinas contiguas conectadas en serie. Los motores trifásicos llevan siempre tres grupos iguales de bobinas en cada polo, uno por fase. Las bobinas de cada grupo van conectadas siempre en serie. Para calcular el número de grupos de bobinas realice lo siguiente. Regla 3 Para determinar el número de grupos de bobinas, multiplique el número de polos por el número de fases del motor. Siguiendo con el ejemplo iniciado en la sección 1.3.2 4 polos x 3 fases = 12 grupos de bobinas. • Número de bobinas por grupo Regla 4 Para determinar el número de bobinas por grupo, divida el número total de bobinas del motor por el número de grupos. Continuando con el ejemplo de la sección 1.3.2 36 bobinas / 12 grupos = 3 bobinas por grupo Ejercicios Se tiene un motor trifásico tetrapolar provisto de 42 ranuras, calcule el número de bobinas por polo, el número de bobinas por fase, el número de grupos de bobina y el número de bobinas por grupo.

ELABORACIÓN DE BOBINADOS DE DIFERENTES TIPOS 1

Tome los datos indicados en la placa del motor. Ejemplo Potencia del motor Tensión de la alimentación Corriente de fase absorbida Frecuencia Número de fases Clase de aislamiento Factor de potencia Rendimiento

PASO

0.75 220/380 1.92 A 60 Hz 3 B 0.77 0.77

2

Tome datos de las características del bobinado, observando el bobinado en el estator del motor. Número de polos Número de ranuras Número de capas Paso Número de bornes Número de ranuras por polo Número de ranuras por polo t por fase Bobinado Tipo Número de conductores por ranura Sección de los conductores Distancia entre los principios

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

4 24 1 Entero de 1- 6 6 6 6 Imbricado B 101 0.32 mm2 Calibre No. 22 4 ranuras

33

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

PASO

PASO

3

Para la elaboración de los diferentes bobinados, debe verificar el tipo de acuerdo a lo especificado en la tabla 1 de la sección 1.2.2 y con relación a ello, realizar los arrollamientos en las madejas o moldes hechos para tal finalidad.

PASO

4

5

Elabore las bobinas estableciendo previamente: -

El número de espiras por cada bobina. La sección del alambre magneto a emplear. El tipo de bobinado. Determine según el paso, el largo de la bobina, de manera que se pueda determinar la forma de los moldes.

Elabore un esquema circular y uno lineal de las conexiones tal como se explicó en la sección 1.2.4.

Figura 33 Realización del esquema circular

Figura 35 Moldes para bobinados

Una vez preparados los moldes y colocados sobre la bobinadora (manual o eléctrica), se puede empezar a elaborar las bobinas.

Z U

X V

W Figura 34 Realización del esquema lineal

34

Y

Básicamente la realización de los bobinados consiste en arrollar el hilo conductor alrededor de una plantilla o molde de dimensiones adecuadas tal como se muestra en la figura 35, un número de veces igual al número de espiras de la bobina a fabricar. El número de espiras o vueltas de cada bobina, así como el diámetro

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

del conductor y el aislamiento vienen definidos por el tipo del motor. En cuanto a las dimensiones de las bobinas, en el caso de reparaciones se tomarán iguales a las de las bobinas originales, cuyas medidas se habrán obtenido en la toma de datos. Al terminar la realización de las bobinas, a cada bobina se le hace un amarre sobre los dos lados activos, para evitar que esta se deshaga y se desordene, vea la figura 36.

B

A

Figura 37 Conductores para bobinados

• Conductividad eléctrica: Es una característica propia de cada material e indica qué tan fácilmente puede fluir la corriente eléctrica a través del mismo. • Resistividad eléctrica: Es lo opuesto o inverso a la conductividad eléctrica y es la resistencia propia que presenta un material al paso de una corriente eléctrica.

Figura 36 Bobinados ya terminados

Terminada la preparación de las bobinas se pasará al aislamiento de las ranuras y a su colocación en el motor.

1.5

MATERIALES CONDUCTORES

Los materiales empleados como conductores en los motores de inducción al igual que los usados en otras máquinas eléctricas deben ser de alta conductividad eléctrica, ya que con ellos se fabrican las bobinas. Las características importantes de los conductores son su conductividad y resistividad eléctrica, vea la figura 37.

Los temas de conductividad y resistividad eléctrica ya han sido tratados en el módulo de Electricidad Básica en la sección 1.2.5 incisos a) y b), por lo que si desea repasar y profundizar un poco más en estos temas, se le recomienda leer las páginas de la sección indicada. Los materiales comúnmente utilizados como conductores eléctricos son el aluminio y el cobre.

A

El aluminio

Este material tiene la característica de tener una conductividad eléctrica menor que el cobre y por consiguiente una resistividad mayor. El aluminio puro es mas blando que el cobre y se puede fabricar en hojas o rollos laminados delgados. Debido a sus características mecánicas, el aluminio no se puede fabricar siempre en forma de alambre. En la actualidad el aluminio se usa con frecuencia en la fabricación de bobinas de transformadores. Vea la figura 38.

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

35

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.5.1

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES CONDUCTORES

Una propiedad intrínseca de todo material es su conductividad eléctrica, dato que da información de qué tan fácilmente circula la corriente eléctrica a través del mismo, su valor esencialmente depende de los siguientes factores: - Resistencia eléctrica - Temperatura de funcionamiento Figura 38 Bobinados de transformadores

B

A

El cobre

Es probablemente el material más ampliamente utilizado como conductor, ya que combina propiedades importantes que son una alta conductividad con excelentes condiciones mecánicas y además tiene una relativa inmunidad a la oxidación y corrosión bajo ciertas condiciones de operación, además de ser altamente maleable y dúctil, es decir fácil de maniobrar y buen conductor eléctrico. CARACTERÍSTICAS

COBRE

ALUMINIO

Densidad (gramos/ cm3) Punto de fusión ºC Conductividad térmica watt / m3 ºC Resistividad ohm-m / mm2 Coeficiente de temperatura a 20 ºC

8.94 1,083 350

2.7 657 200

0.01724

0.0287

0.00393

0.035

Tabla No. 2 Características del cobre y del aluminio

Los conductores de cobre para bobinas se diferencian principalmente por la clase de aislamiento que los recubre. Es necesario que esta capa aislante ocupe poco espacio y que pueda resistir los efectos de un calentamiento considerable y continuo. El espesor de aislamiento varía según los casos.

36

Resistencia eléctrica

Este valor influye técnicamente sobre las caídas de tensión y sobre las pérdidas en los bobinados y como consecuencia, sobre el calentamiento de las máquinas y el rendimiento económico de éstas. Por su resistencia eléctrica, en los bobinados de máquinas eléctricas se utilizan casi exclusivamente, el cobre y el aluminio, sobre todo el cobre, ya que se trata de los materiales industriales de más elevada conductividad eléctrica y por consiguiente menor resistencia eléctrica. La plata que todavía es mejor conductora que los anteriores, queda industrialmente excluida a causa de su elevado precio. Para mantener una resistencia adecuada, el grado de pureza del cobre debe ser muy elevado, del orden de 99.9 %, valor que solamente se alcanza por el refinado mediante la electrolisis. Los procesos de laminación y estirado endurecen el material y aumentan su resistencia y resistividad, por lo que debe recurrirse a un recocido posterior, para recuperar sus buenas cualidades eléctricas. En los bobinados para máquinas eléctricas, se emplea casi siempre el cobre recocido; el cobre duro es de mejores propiedades mecánicas pero es más difícil de trabajar, solamente se emplea para ciertas conexiones sometidas a esfuerzos mecánicos y en los rotores de jaula de ardilla.

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Si el conductor (hilo o barra) no está muy bien recocido, aumentan extraordinariamente las dificultades para formar y montar las bobinas; debe tener en cuenta que el cobre se endurece muy aprisa con las sucesivas manipulaciones y plegados que se necesita realizar en los bobinados.

Por todas estas consideraciones, deben tenerse en cuenta las posibles aplicaciones del aluminio como material de bobinados de máquinas eléctricas, sobre todo, en casos especiales en las que sus ventajas sobre el cobre (menor peso, menor precio, etc.) puedan resultar decisivas.

El aluminio se emplea sobre todo, cuando se trata de aprovechar la ventaja de su menor peso respecto al del cobre, para una misma resistividad. Se emplea en los devanados inductores de máquinas de corriente continua, de corriente alterna síncronas y fundido a presión, en los rotores de jaula de ardilla de los motores asíncronos; en este último caso, además de ofrecer un sistema constructivo sólido y económico que el cobre no ite por su dificultad de colada, proporciona una mayor seguridad de funcionamiento durante los períodos de sobrecarga (por ejemplo, en los arranques), si se tiene en cuenta su capacidad térmica y la ausencia de soldadura.

Considere que en el futuro, cada vez se empleará más el aluminio en los bobinados, aun en las aplicaciones en las que actualmente, el empleo del cobre parece exclusivo, a causa de la tendencia de este último material a encarecerse, lo que obligará a los constructores de máquinas eléctricas a solucionar los problemas actualmente planteados para la utilización general del aluminio en los bobinados de máquinas eléctricas.

Figura 39 Aluminio empleado en rotores de motores de jaula de ardilla

Por esta razón, en las tablas de pesos, diámetros y resistencias eléctricas de conductores expuestas en el presente capítulo, se tiene siempre en cuenta el aluminio como material conductor. Junto al cobre y al aluminio, se han utilizado materiales electrotécnicos de empleo general, en la elaboración de hilos para bobinados de máquinas eléctricas, además se ha intentado la utilización de otros materiales más económicos, por ejemplo el zinc (dos veces más resistente que el aluminio) y el hierro (cuatro veces más resistente que el aluminio) aunque estos materiales están todavía en experimentación y no es probable su aplicación industrial en los bobinados, por lo menos en un futuro próximo. Asimismo y para rotores de jaula de ardilla se emplean algunas veces el bronce fosforoso y el latón.

Terminales

Figura 40 Conductores para bobinas ubicados en las delgas del estator

Figura 41 Conductores de cobre

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37

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

En la tabla No. 3 que se muestra a continuación, se dan los valores de la resistividad y de la conductividad para diferentes materiales conductores empleados, de diverso modo, en los bobinados de máquinas eléctricas. Material

Plata Cobre patrón internacional Cobre electrolítico recocido Cobre electrolítico comercial Cobre electrolítico duro Aluminio recocido Aluminio duro Aluminio inyectado (en frío) Aluminio inyectado (en caliente) Zinc Latón 1/3 Hierro Bronce fosforoso

Resistividad A 20°C Ω x mm2 M 0.0163 0.01724-

Conductividad A 20 °C. S*m mm2 61.4 58

0.01755

57

0.01785

56

0.01785

56

0.02778

36

0.02825 0.0303

35 33

0.0358

28

0.05915 0.0666 0.09998 0.111

17 15 10 9

Temperatura

La temperatura es la acción que ejerce el calor sobre un material, el cual al llegar a un valor determinado de temperatura dicho material es afectado, cambiando sus características. El efecto que tiene la temperatura sobre los materiales eléctricos se expone en el curso de Electricidad Básica, en la sección 2.3.1.

38

Los conductores eléctricos, de igual forma que poseen una alta conductividad eléctrica, también poseen una alta conductividad térmica (consulte glosario de términos), pues los electrones transportan fácilmente tanto calor como carga eléctrica. En la tabla No. 4 se presentan valores de conductividad térmica y eléctrica para diversos materiales. Material

Tabla No. 3 Valores de resistividad de distintos materiales

B

Así como la conductividad eléctrica en un material es intrínseco a él (característica propia del material) sin importar sus dimensiones físicas, así la conductividad es una característica propia del material.

Plata, pureza comercial Cobre

Conductividad Conductividad térmica eléctrica vatios / m ºC (mhos/ m) x107 6.3 420 390

5.85

Oro Aluminio comercial de alta pureza

290 230

4.25 3.5

Aluminio + 1% de magnesio Platón amarrillo

192

2.31

167

1.56

Tungsteno comercial Hierro comercial

115

1.82

66

1.07

Acero 1010 Mica Polietileno

47 0.51 0.33

0.7 10 -13 10 -17

Tabla No. 4 Conductividad térmica y eléctrica en distintos materiales

Aun sin un potencial eléctrico aplicado, los electrones en los materiales conductores se mueven con bastante rapidez, sin embargo, los electrones se mueven en forma caótica y no hay un flujo neto de electrones.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Cuando se aplica una diferencia de potencial eléctrico entre los extremos de los conductores se produce un flujo neto de electrones en la misma dirección.

1.5.2

VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA CON LA TEMPERATURA

La resistencia en todos los materiales conductores utilizados en bobinados para máquinas eléctricas, no es constante, sino que aumenta con la temperatura. Se le denomina coeficiente de temperatura de un material conductor al aumento de resistencia que experimenta un hilo de dicho material que tenga una resistencia de un ohmio, al aumentar la temperatura un grado centígrado. Llamando: c = Coeficiente de temperatura Rt´ = Resistencia a la temperatura t’ Rt = Resistencia a la temperatura t El aumento de resistencia de un material, cuando su temperatura es elevada desde t hasta t’, está expresado por Rt’ = Rt [1 + c (t’ - t)] ohmios La resistividad de un bobinado a una temperatura distinta a 20 oC, está expresada por Rt’= R20 [I + c (t’ - 20)] ohmios Los valores de c se han dado ya para el cobre y el aluminio, en la tabla 2, expuesta con anterioridad. Tenga en cuenta que el valor de c también es variable y depende de la temperatura por lo que las expresiones anteriores son solamente aproximadas; ahora bien, como la variación de c solamente comienza a ser importante para temperaturas superiores a 200 ºC y en los bobinados de máquinas eléctricas, raramente se alcanza esta temperatura, y se pueden considerar dichas expresiones como suficientemente aproximadas para todos los casos prácticos.

1.5.3

PÉRDIDAS EN LOS BOBINADOS POR EL EFECTO JOULE

Debido a la resistencia que presenta un material al paso de la corriente eléctrica, en los bobinados aparecen pérdidas por efecto Joule (J) dado en vatios, cuya expresión general es: J = R I2 En forma concreta el Efecto Joule es el calentamiento que tiene un material debido a la circulación o el paso de la corriente eléctrica. Para el cálculo de bobinados es preferible introducir el concepto de pérdidas específicas p por unidad de peso W del material, expresadas en W / kg de esta forma, se aplica la expresión: J=p/W Las pérdidas específicas están expresadas por J = 1,000 ρ d2 γ

W kg

d = densidad de corriente en A/mm2 ρ = resistividad en Ω mm2/m γ = peso específico en kg/dm3 o en g /cm3 Por lo tanto, las pérdidas totales están expresadas por J = ρ / W = 1,000 d2 W γ

vatios

itiendo que la temperatura media de los devanados de las máquinas eléctricas, es de unos 80 ºC la resistividad del cobre para esta temperatura es: P80 = ρ20 [1 + 0.0039 (80 - 20)] = 0.0178 X 1.234 = = 0.0220 Ω mm2/m

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39

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

y recordando, además, que el peso específico del cobre es γ = 8.9 kg/dm2

a) Pérdidas por efecto Joule b) Su resistividad a 80 ºC

Sustituyendo estos valores en la expresión anterior, se obtiene, para conductores de cobre:

Las pérdidas por efecto Joule son: J = R I2

Ρcu

1,000 x 0.022 d2 W = 8.9

es decir Ρcu = 2.49 d W 2

vatios

Si se trata de conductores de aluminio, se obtiene

P80 = ρ20 [1 + 0.0042 (80 - 20)] = 0.02778 X 1.252 = = 0.0348 0.0220 Ω mm2/m

y = 2.7 kg/ dm2 Sustituyendo estos valores en la expresión anterior queda, para conductores de aluminio JAL

=

Si R = 20 e J = 500 vatios

vatios

1,000 X 0.0348 d W vatios 2.7

Para hallar su resistividad a 90 oC para el cobre se tiene: Ρ90 = ρ20 [1 + 0.0039 (90 - 20)] = 44.55 ohms Ejercicio Resuelva los incisos a y b del problema anterior para el mismo conductor con una resistividad de 50 y una corriente de 20 amperios.

1.5.4

FORMAS DE SECCIÓN

2

es decir JAL = 12.89 d2 W vatios Observe que, en todos los casos, las pérdidas por efecto Joule son proporcionales a:

La buena utilización del espacio disponible y, las diferentes maneras de ejecutar los bobinados, obligan a los constructores de máquinas a adoptar, según los casos, diferentes formas de sección para los conductores empleados en los bobinados. De una forma general, puede decirse que se emplean tres tipos de conductores:

a) El peso del conductor b) El cuadrado de la densidad de corriente Para reducir el calentamiento, se aumenta la sección s, al hacerlo se reducirá también la densidad de corriente d, y el peso aumentará proporcionalmente a la propia sección, por lo que las pérdidas solamente disminuyen en razón inversa a dicha sección. Todas estas consideraciones deben tenerse en cuenta para el cálculo del devanado más apropiado en cada caso particular. Ejemplo: Se tiene un material conductor eléctrico de cobre con una resistencia de 20 ohms y circula por él una corriente eléctrica de 5 amperios, si tiene una resistividad de 35 a 20 oC calcule: 40

I = 5

- Hilos - Cables - Pletinas

A

Hilos

Los conductores eléctricos en forma de hilos los cuales tienen un área interior de sección circular son los más utilizados en los arrollamientos con varias espiras por bobina, con secciones de conductor hasta de 16 mm2, es decir, con un diámetro de 4 mm. Para secciones mayores se emplean, generalmente, cables y pletinas. El peso por kilómetro de un conductor, expresado en kilogramos, o el peso por metro, expresado en gramos, se obtiene multiplicando

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

su sección, expresada en milímetros cuadrados, por el peso específico correspondiente. Por lo tanto, para el cobre γ = 8.9/cm3. W = 8.9 kg/km o g/m y para el aluminio (y = 2.7 g/cm3) W = 2.7 kg/km o g/m Para los hilos de sección circular también resulta útil calcular el peso partiendo de su diámetro. Recordando que la sección vale: s=

d2 Ω /4’ = 0.785 d2

Se tiene para el cobre: W = 8.9 X 0.785 d2 Es decir W = 6.986 d2 kg/km o g/m Y para el aluminio: W = 2.7 X 0.785 d2

C

Pletinas

Las pletinas o barras son utilizadas como conductores de bobinados en las máquinas de gran potencia, en las máquinas de inducción se puede hablar de las de Jaula de Ardilla, en donde los bobinados del rotor están compuestos por barras sólidas o pletinas. Para su aislamiento se emplean diversos materiales aislantes tales como los esmaltes, materiales textiles o cintas de papel.

1.5.5

CONDUCTORES PARA CONEXIONES EXTERNAS

Después de haber realizado las conexiones internas del motor, la punta de cada fase se lleva a los terminales de las conexiones del motor al tablero de borne, marcado en la figura 42 como X, Y, Z. Las conexiones externas llegarán al motor a través del tablero de borne en los puntos marcados con U, V, W. V

U

W

O sea: W = 2.120 kg/ km o g/m

B

Cables

Y

Cuando la potencia del motor o generador es alta, normalmente ya no se utilizan hilos, sino cables de cobre o aluminio, según se requiera. El tipo, diámetro o calibre del conductor, siempre va a estar asociado a la corriente que va a circular a través de él y en consecuencia a la potencia del motor, razón por la que en todo momento se debe considerar la tabla donde indica la cantidad de corriente que puede soportar determinado calibre de cable y de esa forma, instalar un calibre adecuado al voltaje y a la potencia requerida.

X

Z

Figura 42 Conexiones externas del motor (U, V, W)

El calibre de los conductores externos debe ser calculado y verificado de acuerdo a la potencia y al voltaje de trabajo del motor, lo que proporcionara la corriente eléctrica que fluirá por el mismo. Deberá observar siempre que el calibre del conductor externo que elija para conectar el motor debe tener una capacidad de conducción de corriente eléctrica mayor que la corriente que circulará por el motor y nunca menor a éste.

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41

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.5.6

TABLAS DE SECCIONES

En las tablas A-1, A-2, A-3 y A-4 del anexo 1 se presentan las tablas de diámetros, secciones y resistencias eléctricas de los hilos de cobre y aluminio para bobinados. Secciones equivalentes Muchas veces, en lugar de un sólo hilo, se emplean bobinas constituidas por varios hilos en paralelo. La realización de un bobinado con dos o más hilos en paralelo tiene la ventaja de que el trabajo del rebobinador resulta más fácil, al resultar más flexibles los hilos, y se aprovechan mejor las cavidades de las ranuras. Si, al bobinar una máquina eléctrica, no se dispusiera de hilos de diámetro apropiado, se pueden utilizar, sin ningún inconveniente dos o más hilos en paralelo de forma que la sección total de estos hilos sea la misma que la correspondiente a un solo hilo. Para facilitar el trabajo del bobinado, a continuación se incluye una tabla con los diámetros de hilos de sección equivalente hasta 4 conductores en paralelo. En el anexo 1 se le presentan en las tablas A-5 y A-6, los diámetros de hilos y su sección equivalente. La designación de los hilos en los conductores para bobinados se hace en diferentes formas. En Europa, estos hilos se designan por su diámetro, expresado en milímetros (hilos de 0.25 mm, hilo de 2.5 mm, etc.);

otras veces, también por su diámetro, expresado en décimas de milímetro: por ejemplo, hilo de 25/10 (2.5 mm), hilo de 5/10 (0.5 mm), etc.; o bien, sobre todo para los diámetros menores, en centésimas de milímetro por ejemplo, hilo de 25/100 (0.25 mm), hilo de 50/100 (0.5 mm), etc. En Estados Unidos e Inglaterra, los hilos para bobinados se expresan en números de galgas; la más utilizada en Estados Unidos es la American Wide Gage (abreviado, A.W.G.) y en Inglaterra, la Standard Wide Gage (abreviado, S.W.G.) La American Wide Gage (A.W.G.) conocida también como Brown &- Sharpe Gage tiene la propiedad de que sus dimensiones representan aproximadamente las distintas etapas sucesivas en el proceso de fabricación de los hilos. Sus números son regresivos, correspondiendo a un número mayor, un alambre de menor diámetro. Los diámetros se expresan en mils o milésimas de pulgada. En Latinoamérica y específicamente en Guatemala, las normas se utilizan con relación a los estándares y normas que usa los Estados Unidos. Por esta razón se tiene: 1 mil = 0.0254 mm Y las secciones en square mils (mils cuadradas) siendo 1 square mil = 0.000645 mms.

Mis apuntes

42

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Con el objeto de facilitar al bobinador los cálculos de bobinado de máquinas eléctricas de procedencia americana, se exponen a continuación en la tabla No. 5 las características de los hilos de cobre para bobinados según la galga americana A.W.G., a la que anteriormente se ha hecho referencia. Cuando no se dispone del conductor de calibre No. 10 No. 11 No. 12 No. 13 No. 14 No. 15 No. 16 No. 17 No. 18 No. 19 No. 20

Pueden emplearse dos conductores en paralelo de calibre No. 13 No. 14 No. 15 No. 16 No. 17 No. 18 No. 19 No. 20 No. 21 No. 22 No. 23

Cuando no se dispone de 2 conductores en paralelo de calibre No. 28 No. 27 No. 26 No. 25 No. 24 No. 23 No. 22 No. 21 No. 20 No. 19 No. 18

Puede emplearse un conductor de calibre No. 25 No. 24 No. 23 No. 22 No. 21 No. 20 No. 19 No. 18 No. 17 No. 16 No. 15

Tabla No. 5 Tabla de conductores

a. En el anexo 1 tablas A-7 y A-8 se describen las tablas AWG para diferentes diámetros de conductores eléctricos.

1.6

MATERIALES AISLANTES EMPLEADOS EN BOBINADOS

Existe una gran diversidad en orígenes y propiedades, muchos son de origen natural como por ejemplo el papel, algodón, parafinas, etc. Otros naturales pero de origen inorgánico, como por ejemplo el vidrio, la porcelana y las cerámicas. Existen también materiales sintéticos como el silicón o compuestos a base de silicones.

1.6.1

FUNCIÓN

Su principal función es aislar los conductores eléctricos de cualquier elemento que sea conductor eléctrico. Entre los factores más comunes que influyen en las cualidades de un material aislante, están los siguientes:

A

La temperatura

La acción progresiva y prolongada de altas temperaturas deteriora el aislante que, al cabo de cierto tiempo, pierde la mayor parte de sus propiedades dieléctricas. No existe límite absoluto a partir del cual puede decirse que el aislante en cuestión no responde ya a las exigencias que determinaron su elección, pero debe fijarse un criterio de tipo general, mediante la limitación de temperatura en las diferentes partes que constituyen las máquinas eléctricas y de tipo particular, para cada material aislante para determinar cuando debe considerarse como fuera de uso por ejemplo, un aislante de estructura fibrosa pierde primero su flexibilidad, después se vuelve frágil y termina por carbonizarse la causa del envejecimiento de este material particular debe buscarse en la pérdida de las propiedades mecánicas de tenacidad y flexibilidad, caracterizadas por la resistencia a la tracción.

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43

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Es importante considerar aquí la influencia mutua existente entre la temperatura, la rigidez dieléctrica y las pérdidas dieléctricas. Se ha dicho anteriormente que, por encima de la temperatura límite de cada aislante, la perforación puede no ser eléctrica sino electrotérmica y que esta última se produce con una tensión de perforación menor que la anterior. Por otro lado, el factor de pérdidas aumenta si lo hace la temperatura, con lo que aumentan también las pérdidas dieléctricas que, provocan un aumento de temperatura en el material aislante; es decir, que el proceso es acumulativo. Aunque las leyes que rigen las variaciones de la rigidez dieléctrica y del factor de pérdidas con la temperatura son de difícil e insegura expresión matemática, puede afirmarse, sin embargo que, por encima de cierta tensión crítica, distinta para cada material, se produce un fallo en su rigidez dieléctrica, cualquiera que sea el espesor del material aislante con el que se intente evitar la perforación. Y que, además, el valor de esta tensión crítica es inversamente proporcional a la temperatura. Por consiguiente es interesante procurar una buena ventilación de los devanados, sobre todo, si se trata de tensiones muy altas, para evitar elevadas temperaturas en puntos aislados de los aislamientos, que puedan provocar perforaciones de tipo electro térmico.

B

Las sucesivas dilataciones y contracciones

Debidas a las variaciones de temperatura, que provocan cierto deslizamiento de los conductores respecto a los aislamientos, debido a los diferentes coeficientes de dilatación de los distintos materiales; este efecto se hace tanto más importante cuanto mayor es la longitud del motor.

44

Los esfuerzos

Debidos a la fuerza centrífuga que tienden a aplastar el aislante y a reunir los conductores, pudiéndose entonces producir corrimientos relativos de las espiras cuando la máquina va adquiriendo velocidad. Las sobrecargas y en mayor grado aún los cortocircuitos, provocan importantes esfuerzos electrodinámicos entre los conductores que constituyen los devanados. Cuando la sujeción de éstos no es suficiente, los conductores pueden cambiar de posición y las contracciones mecánicas que se producen, provocan grietas y disgregaciones en los materiales aislantes que de esta forma, pierden su elasticidad.

1.6.2

TIPOS Y APLICACIONES

Cuanto el motor se halla desmontado y listo para ser rebobinado antes de disponer los arrollamientos en sus respectivas ranuras es preciso colocar en las mismas un determinado aislamiento con objeto de evitar que el conductor recubierto tenga algún punto de o directo con el núcleo de hierro. Existen diferentes materiales aislantes apropiados para esta finalidad. Algunos de los más corrientemente usados son: - Mylar - Dacrón Mylar - Papel - Otros

Las vibraciones mecánicas

Causadas por el movimiento de las chapas en cada semialternancia, y por los fallos del equilibrio dinámico de la máquina.

C

D

A

Mylar

Polímero derivado de la condensación reaccionada del etilenglicol y el ácido tereftálico obteniéndose el TERAFTALATO DE POLIETILENO, que es con el que se hace el film. A temperaturas comprendidas entre -60º y 130 ºC mantiene sin alteraciones sus características de suministro. Muy utilizado en la industria eléctrica porque permite reducir los espesores del aislamiento.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Utilizado para aislar ranuras de estatores e inducidos, aislar entre fases y bobinas de motores, condensadores y reactancias. Sus propiedades de resistencia química lo hacen aconsejable para equipos e industrias químicas. Su disponibilidad de espesores es amplia. (Vea la figura 43) Por sus características este material aislante se utiliza en lugares donde la temperatura no pase arriba de los 130 oC.

Figura 44 Dacrón mylar, aislamiento de ranuras y fases

C

El papel

El papel hecho de trapo es elaborado con gran esmero para asegurar su pureza química y su resistencia mecánica (fabricado en varios espesores y doblado) constituye un aislamiento que en su estructura puede alcanzar los 105 oC, pero sin dañar el aislamiento. Figura 43 Aislamiento de bobinas con aislamiento de mylar

B

Dacrón Mylar

Complejo formado por un film de poliéster adherido a 2 láminas de aramida (Poliamida aromático) mediante una resina especialmente preparada para esta aplicación, con unas propiedades electrotérmicas elevadas. Los materiales que lo constituyen y su proceso de fabricación en caliente permiten que ofrezca unas características en general más elevadas, que el resto de complejos significándolo como el más idóneo para ser utilizado en el aislamiento de devanados que puedan estar sometidos a elevadas temperaturas de trabajo. Su clasificación térmica, por encima de las exigencias de la clase F, permite que pueda utilizarse para el aislamiento de máquinas eléctricas de la clase H, si todo el conjunto es impregnado con un barniz o resina de esta clasificación. Estos materiales soportan hasta una temperatura de 139 ºC.

D

Otros

Existen combinaciones Dacrón - Mylar, para aislamientos de clase B y F; así como papel nailon, para aislamientos de clase B hasta H (es especialmente resistente a las temperaturas elevadas, posee gran resistencia mecánica a la tracción y goza de excelentes propiedades dieléctricas)

1.6.3

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Además de las cualidades específicamente dieléctricas, un buen aislante ha de tener ciertas propiedades generales. Efectivamente, de nada serviría un material con buenas cualidades dieléctricas, si resultara quebradizo, con lo que podría romperse fácilmente, anulando en algunos puntos el aislamiento requerido; o si el material aislante fuera demasiado sensible al calentamiento que siempre existe en las máquinas eléctricas o, en otros casos, si absorbiera humedad del aire ambiente, perdiendo de esta forma sus propiedades dieléctricas.

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45

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Las condiciones que deben exigirse para determinar las cualidades de un aislamiento perfecto son tan numerosas por lo que se puede afirmar que, en el estado actual de la técnica, ningún material satisface completamente estas condiciones; por esta razón, muchos materiales que, por sus malas condiciones no serían utilizables por no reunir las indispensables, pueden emplearse como materiales aislantes, unidos a otros materiales cuyas propiedades completan las que les faltan. La complejidad de estos procesos ha dado origen a una rama especial de la Electrotecnia y su extensión no permite abarcarla en un sólo capítulo, ni aun de una forma resumida.

N

Consistencia al calor. Un buen material aislante debe conservar todas sus buenas cualidades bajo la acción variable o constante del calor, durante largos años. No debe transformarse en quebradizo o blando y luego descomponerse, pulverizándose. Al calentarse o enfriarse no ha de encogerse, ni formar grietas, ni deshojarse con el tiempo. Capacidad de absorción de la humedad. Un buen material aislante no debe absorber la humedad del aire. Como no todas las materias textiles tienen esta propiedad, deben impregnarse con otros materiales aislantes (lacas o barnices) para que pierdan sus indeseables propiedades absorbentes. Comportamiento químico. Todo material aislante ha de ser químicamente neutro. No debe contener ácidos o, si los contiene, deben estar neutralizados químicamente. En efecto, la presencia de ácidos, aun en pequeña cantidad, influye en las propiedades de los materiales aislantes, al corroerlos y hacerles perder espesor en determinados puntos. Frecuentemente, las materias textiles que se emplean como aislamiento de conductores, contienen cierta cantidad de cloro, procedente del empleado durante su bloqueo. Esta sustancia destruye las fibras por lo que es necesario eliminarlo completamente antes de utilizar estas materias como aislantes.

S

1.6.4

Figura 45 Propiedades mecánicas del dielétrico para soportar las fuerzas centrífugas del motor

Además de las características específicamente dieléctricas, la calidad de un aislante depende de las siguientes propiedades generales: Resistencia mecánica. Deben ante todo soportar los esfuerzos mecánicos que se desarrollan durante la construcción de los bobinados. Por esta razón, el material debe ser tenaz y flexible simultáneamente y ha de poder doblarse varias veces sin romperse.

46

CARACTERÍSTICAS DIELÉCTRICAS

Las características son las propiedades intrínsecas del material que lo identifican como tal, un material aislante, al mismo tiempo que sirve como aislante, también sirve para almacenar cierto tipo de energía en un campo eléctrico, lo que depende de sus características dieléctricas las cuales son inminentemente propias de cada material. Ejemplo típico de que un dieléctrico puede almacenar energía eléctrica, es el condensador eléctrico.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

A

Cara 1

Resistencia eléctrica

En los materiales aislantes, la resistencia eléctrica es muy elevada y tanto mejor es un material aislante cuanto mayor es dicha resistencia, vea la figura 46.

A

B

Cara 2

Figura 46 A.- Buen conductor eléctrico: Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, que ofrece baja resistencia. B.- Mal conductor eléctrico: Electrones fluyendo por un mal conductor eléctrico, que ofrece alta resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.

Para definir un aislante se toma en cuenta su resistencia específica volumétrica, es decir, la resistencia entre las caras opuestas de un cubo del material considerado de 1 cm de lado (caras 1 y 2 de la figura 47) expresada en ohmios por cm, a una temperatura de 20 ºC, determinado cuando ha transcurrido cierto tiempo (generalmente, 1 minuto) Naturalmente, los valores de esta resistencia específica son muy altos para los materiales aislantes, del orden de las potencias de 10. La resistencia específica volumétrica (o resistividad volumétrica) de un aislante disminuye con la temperatura.

Figura 47 Cubo de 1cm por lado

B

Constante dieléctrica

Es el cociente entre el valor absoluto E de un cuerpo, y su valor en el vacío, es decir, que se trata de la relación E Ε= Eo Se toma la letra E ya que es el símbolo o letra dada en los distintos manuales para la constante dieléctrica. Expresa, por lo tanto, el número de veces que un cuerpo es más aislante que el vacío. Depende esencialmente de la temperatura, del valor de la tensión y de la frecuencia; no obstante, las variaciones no suelen ser importantes, especialmente con tensiones alternas. La constante dieléctrica de los materiales aislantes utilizados en los bobinados, está comprendida entre 2 y 10. Naturalmente, ningún material aislante puede tener una constante dieléctrica menor que la unidad.

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47

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

C

Rigidez dieléctrica

Cuando un material aislante se somete a la acción de un campo eléctrico, su estructura queda modificada por la acción de los esfuerzos eléctricos; el efecto es parecido al de un cuerpo elástico sometido a la acción de los esfuerzos mecánicos. Mientras el valor del campo eléctrico no alcance cierto límite, el aislante recobra su estado de equilibrio cuando cesa la acción de dicho campo. Pero si eI campo alcanza un valor elevado, se produce una ruptura eléctrica y la corriente pasa a través del material aislante. Esta ruptura se denomina descarga disruptiva y es función de la diferencia de potencial aplicada al aislante (tensión de perforación o tensión disruptiva) y del espesor del aislante. La rigidez dieléctrica es la propiedad de un material aislante de oponerse a la descarga disruptiva. Cuantitativamente se expresa en kV/mm o en kV/ cm y se trata, por lo tanto, de una intensidad de campo eléctrico. Hasta cierta temperatura, la rigidez dieléctrica es independiente de la temperatura y del espesor del aislante; por encima de esta temperatura límite, ésta influye mucho en el valor de la rigidez dieléctrica, el cual disminuye rápidamente si aumenta la temperatura. Generalmente, esta temperatura límite está comprendida entre –50 ºC y + 50 ºC y su valor resulta de importancia esencial para la elección de un material aislante apropiado. Se habla de perforación eléctrica de un aislante, cuando la descarga disruptiva se produce por debajo del valor de la temperatura límite, en cuyo caso, la perforación es debida exclusivamente a la tensión aplicada. Cuando la perforación se produce por encima del valor de la temperatura límite, se denomina perforación electrotérmica, la cual se produce cuando la tensión aplicada, para una temperatura dada, es insuficiente para provocar por sí sola una perforación inmediatamente, pero la promueve a causa del calentamiento interno debido a las pérdidas dieléctricas.

48

Al crecer el espesor del aislante d, se reduce el valor de la rigidez dieléctrica, según leyes empíricas distintas para cada tipo de material aislante.

D

Factor de pérdidas

En la corriente capacitiva de carga de un condensador, aparece siempre una componente de pequeño valor, debido a la conductividad eléctrica del propio condensador. Esta corriente activa (denominada también corriente de fuga) provoca un calentamiento por efecto Joule y por lo tanto, pérdidas de potencia, denominadas, en general pérdidas dieléctricas. Se le denomina factor de pérdidas a la relación entre las componentes activa y reactiva. Ejercicios Instrucciones, lea detenidamente y realice lo que se le solicita. 1) Un motor de 6 polos de fase partida, con una tensión de servicio de 115 V, una potencia de 1/3 CV, y una velocidad de 1,425 rpm a la frecuencia de 60 Hz, debe ser rebobinado para una tensión de servicio de 230 V, conservando la misma velocidad y la misma potencia. El estator posee 32 ranuras. Los datos de los arrollamientos existentes son: Pasos Números de espiras Calibre de hilo

1-8 40 17

2-7 15 17

3-6 15 17

• Arrollamiento de arranque Pasos Número de espiras Calibre del hilo

1-8 2-7 40 16 17 17

Calcule el número de espiras en cada bobina y el calibre del hilo necesario para los dos arrollamientos a ejecutar. 2) Se tiene un motor trifásico de 3 polos provisto de 36 ranuras, determine el número de:

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

• • • •

Bobinas por polo Bobinas por fase Grupos de bobinas Bobinas por grupo

Conductor Aislación Vaina exterior Armadura (opcional) Relleno Aislación Conductores

3) Necesita realizar unos bobinados con calibres 14 y 18 pero no encuentra esos calibres en el mercado. ¿Qué tipo de calibres de conductores puede utilizar en lugar de los anteriormente indicados? ¿Cuál es su pero en kg x km y su resistencia eléctrica en Ω x km para conductores de cobre?

1.7

Figura 48 Partes de un conductor electrico

AISLAMIENTO DE BOBINADOS 1.7.2

Cuando se trabaja con conductores eléctricos estos al estar conectados a una fuente de voltaje, transportan una corriente eléctrica que dependiendo de su magnitud, van a hacer que el conductor se caliente llegando a valores aceptables cuando el sistema o la bobina ha sido bien diseñada. De cualquier forma este calor que se produce va a hacer que dicho aislante o forro que aísla el conductor del metal propio del motor y también de otros conductores, se vaya deteriorando, por esa razón es necesario que el aislante que se le ha puesto al bobinado, tenga las características necesarias para soportar las temperaturas generadas por la corriente eléctrica que circula por los arrollamientos de las bobinas.

1.7.1

FUNCIÓN

Los materiales aislantes empleados en los bobinados de máquinas eléctricas resultan de características físicas y mecánicas muy variadas y su elección depende, esencialmente, de la parte del bobinado a que vayan destinados. En la figura 48 vea diferentes materiales empleados como aislantes.

TIPOS DE AISLAMIENTO

El aislamiento de conductores se realiza con la finalidad de que estos al ir en el interior de una tubería o entre el mismo motor, no vayan a producir un cortocircuito al unirse un conductor con otro conductor. En ese sentido existen diversos tipos de materiales que se utilizan como aislamiento de conductores. La temperatura a la que van a trabajar los conductores juega un papel importante por lo que es uno de los parámetros para definir el tipo de aislamiento. Otros factores a considerar son: 1) Aislamiento de conductores, es lo que separa los conductores entre ellos mismos. Si éstos van subdivididos en varios conductores en paralelo, se distinguirá el aislamiento entre conductores parciales y el aislamiento conjunto de todos los conductores. 2) Aislamiento entre los diversos elementos de arrollamiento de una bobina, es decir, el aislamiento entre espiras o entre capas de espiras de una misma bobina. 3) Aislamiento de la bobina, o sea el aislamiento conjunto de toda la bobina. 4) Aislamiento entre dos lados de bobinas distintas, situadas en una misma ranura.

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49

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

5) Aislamiento de la ranura, que aísla del hierro todo el arrollamiento y que, al introducir bobina protege sus aislantes contra desperfectos mecánicos. 6) Impregnación y recubrimiento de todo el bobinado, para aumentar sus propiedades dieléctricas y para darle solidez mecánica.

A

Aislamiento de conductores de sección circular (hilos y cables)

Los conductores utilizados en los bobinados de máquinas eléctricas van generalmente recubiertos de un material aislante textil impregnado o depositado en caliente sobre el conductor. Este aislamiento para bobinado debe tener como propiedades fundamentales, flexibilidad, extensibilidad, tenacidad, estabilidad y elevada rigidez dieléctrica, además, ha de poder resistir temperaturas elevadas, la acción de ácidos y bases, vapor de agua, agua salada y polvo metálico según las condiciones particulares de funcionamiento de las máquinas eléctricas. Para reducir el costo de las máquinas, se procura reducir el espesor de los aislantes empleados, vea la figura 49, lo que influye considerablemente en las dimensiones y, por consiguiente, en el correspondiente costo. Por esta razón, la tendencia actual es a la sustitución de los materiales textiles por materiales aislantes depositados directamente en caliente sobre el conductor y a los que se les denomina en general esmaltes, y que se estudiarán más adelante.

Figura 49 Hilos de alambre dentro de un material aislante

50

El recubrimiento de algodón, que se emplea desde hace mucho tiempo, parece ser el material más seguro y menos costoso. Cuando los conductores son muy delgados, el recubrimiento de algodón ocupa demasiado espacio y se sustituye por el recubrimiento de seda natural que aunque sea más costoso, es preferible su empleo por la economía de espacio que permite realizar. Se recubren de seda los conductores de menor diámetro (desde 0.03 milímetros) y nada se opone a recubrir los de grandes diámetros pero, de hecho sólo en casos excepcionales se emplean conductores recubiertos de seda, con diámetros mayores de 1 mm. Los diámetros menores generalmente se recubren con una sola capa porque en este caso lo que se pretende es el mínimo de espacio, y el empleo de la menor cantidad posible de un material textil que resulta caro. Se recubren los conductores con algodón a partir de 0.1 mm de diámetro pero existe la dificultad de que para obtener capas aislantes tan finas como las de la seda, deben emplearse algodones extrafinos, de elevado precio y que resultan difíciles de trabajar por lo que casi siempre se prefiere el conductor recubierto de seda para estos diámetros tan pequeños. A partir de diámetros de 0.2 mm, se emplea el algodón siempre que no se imponga la necesidad de introducir un máximo de espiras en un espacio dado. No hay límite superior para los recubrimientos de algodón, aunque la mayor parte de los fabricantes no mencionan diámetros superiores a 5 mm. Por otra parte, los conductores de máquinas eléctricas, no acostumbran a solicitar dimensiones mayores de la indicada. Actualmente la seda artificial y el rayón que anteriormente se utilizaban para sustituir a la seda natural se emplea como material aislante de conductores para bobinas, sobre todo en forma de cubiertas trenzadas, de gran resistencia mecánica al rozamiento, en la fabricación de cables flexibles de conexiones de aparatos de alumbrado y de aparatos electrodomésticos. Actualmente, se usa el rayón para constituir recubrimientos de hilos y cables para bobinados, en sustitución del algodón y de la seda.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

El arrollamiento del rayón sobre el conductor se realiza en hélice, de paso determinado, y de tal forma que el conductor quede recubierto en toda su longitud. En aplicaciones para frecuencia industrial de 50 Hz se emplea, sobre todo, el rayón viscosa, fabricado a partir de la celulosa de madera, tratada convenientemente con sosa cáustica y con sulfuro de carbono, resultando un líquido muy denso, denominado viscosa que, posteriormente vuelve al estado inicial de celulosa. El recubrimiento con rayón ofrece las siguientes ventajas: a) Tensión de ruptura comprendida entre el algodón y la seda natural. b) Espesor intermedio entre el de la seda natural y el algodón extrafino. c) Precio aproximadamente igual que el del algodón extrafino. Por consiguiente, el rayón constituye un excelente aislante, que puede competir ventajosamente con el algodón y en ciertos casos, con la seda natural. El único inconveniente de este material está en su fragilidad mecánica, lo que requiere una impregnación especial con barnices apropiados, de forma que el rayón quede adherido al metal del conductor y se endurezca la capa aislante. Generalmente, se fabrican hilos de cobre y de aluminio aislados con rayón, en una o varias capas y con trenzado impregnado, y en diámetros comprendidos entre 0.2 mm y 2.5 mm. El incremento de espesor en el diámetro del conductor por recubrimiento con rayón, está comprendido entre el de la seda natural y el del algodón, y para completar nuestra exposición sobre el rayón, utilizado como material aislante en conductores para bobinados. A continuación se ofrece una tabla de diámetros y pesos aproximados de los hilos de cobre y de aluminio recubiertos con este material. Para confeccionar estas tablas, como valor del diámetro del hilo aislado se ha tomado el valor medio entre los valores mínimo y máximo de incrementos de espesores, expresados en la tabla anterior.

Debido a esta circunstancia, los valores de la tabla en el ANEXO 1 (TABLAS A-1 y A-2), deben considerarse solamente como aproximados. En el aislamiento de los conductores para bobinados también se emplean esmaltes diversos. Se denomina, en general, hilo esmaltado a un hilo para bobinados que, en lugar de un recubrimiento de algodón, seda, etc., tiene una capa de barniz aislante. Bajo la denominación de “esmalte” se conocen varios productos cuyas características dieléctricas y térmicas son muy diferentes; la única característica común es que se presentan bajo la forma de un liquido con el que se impregnan los conductores, proporcionando de esta forma el necesario aislamiento. De una manera general, se pueden clasificar los esmaltes aislantes para conductores, en los siguientes grupos: 1) Esmaltes al aceite. 2) Esmaltes de resinas sintéticas.

Figura 50 Recipientes de esmalte para conductores

En un manual, no es posible la descripción de todos los esmaltes existentes, por lo que se estudiarán las características de los más utilizados en el aislamiento de conductores para bobinados. Los esmaltes al aceite fueron los que primeramente se emplearon para el aislamiento de bobinados; aun actualmente se utilizan de forma generalizada.

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51

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Generalmente, se preparan con un barniz a base de alquitrán, resinas naturales, etc., disueltos en diversos productos disolventes como el aceite de linaza, aceite de madera de China, etc. Estos productos se someten a elevadas temperaturas, del orden de los 300 ºC. Estos esmaltes son perfectamente estables a las temperaturas correspondientes a los límites itidos para las máquinas eléctricas, que son siempre inferiores a la temperatura indicada de 300 ºC. Para realizar los bobinados, los hilos así esmaltados pueden emplearse sin impregnación con barniz, bastando las propiedades dieléctricas del propio esmalte para asegurar el aislamiento. Únicamente en los casos especiales en que deben disponerse los bobinados en un bloque compacto para resistir los efectos de la fuerza centrífuga (caso de las máquinas de gran velocidad) o para evitar la penetración de humedad o de vapores nocivos, es cuando debe procederse a la impregnación de los hilos esmaltados, mediante barnices aislantes. En estos casos, debe utilizarse siempre barniz graso de buena calidad, siendo condición necesaria que no ataque al esmalte ya que, de lo contrario, la impregnación resultaría perjudicial. En Ia práctica puede comprobar si un barniz perjudica al esmalte, sumergiendo un trozo de hilo esmaltado, durante unos 5 minutos, en el barniz previamente calentado a 80 ºC, que es la temperatura media de impregnación. Cuando se saca el hilo del barniz, posiblemente se haya ablandado el esmalte, pero éste no debe desprenderse si se frota.

B

Aislamiento de pletinas

Las barras o pletinas de cobre y aluminio se utilizan como conductores de bobinados en máquinas de gran potencia, cuyas características se han expuesto con anterioridad (vea la figura 51) Para el aislamiento de estas pletinas, se emplean diversos materiales aislantes, de los que se citarán solamente los que se consideran los más importantes. 52

Figura 51 Pletina

Los esmaltes, se emplean también para el aislamiento de pletinas, generalmente en dos capas. De esta forma se obtienen aislamientos clase A (esmaltes al aceite), clase E (esmaltes de acetato de polivinilo), clase B (esmaltes de butirato de polivinilo), clase F (esmaltes de tereftalato de polietileno) y clase H (esmaltes de imidas de polietileno) El incremento de espesor sobre la pletina desnuda varía entre 0.3 y 0.5 mm. También se utilizan diversas materias textiles como la cinta de algodón impregnada, la cinta de seda natural, la cinta de rayón, etc. aplicando casi siempre una doble capa de estos materiales. El incremento de espesor sobre la pletina desnuda es también de 0.3 a 0.5 milímetros. En algunas ocasiones, se emplea una capa de esmalte y una capa de las materias textiles, para bobinados de máquinas de media y alta tensión, es muy utilizada la cinta de papel utilizándose en estos casos, los papeles finos, sedosos y de gran resistencias mecánica, denominados generalmente papel Manila y papel Japón y que se obtienen de la corteza de diferentes arbustos que se cultivan en Filipinas y en Indonesia. Como el papel es muy higroscópico, debe utilizarse impregnado con barnices especiales, de los que se hablará más adelante. Además de sus mejores propiedades de resistencias a la humedad, el papel impregnado tiene una rigidez dieléctrica mucho mayor que el papel seco, debido a que el aire existente entre los poros (y que podría ser origen de focos locales de ionización), está sustituido por el barniz de impregnación.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Por esta causa, el papel debe impregnarse muy cuidadosamente, extrayendo previamente el aire, por tratamiento en vacío o en la estufa, antes de aplicar el barniz. El papel impregnado se considera de clase térmica A (temperatura máxima de funcionamiento, 105 ºC) Algunas veces, se emplea como aislamiento de pletinas, una capa de esmalte y sobrepuesta a ella, una capa de papel impregnado, solapando a 1/2, aproximadamente. Para mejorar las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas del papel, este material se combina, mediante una resina adhesiva (por ejemplo, goma laca), con otros materiales aislantes, constituyendo los denominados papelesresina, los cuales en general, están compuestos de varias hojas superpuestas de papel, tratado con una resina y formando un conjunto compacto, por efecto de la compresión y del calor. Entre estos materiales, se pueden citar el papel-mica, constituido por una capa de papel Japón sobre la que se deposita mica pulverizada, en un espesor de 6 a 7/100 de mm, que resulta un material flexible y resistente y soporta tensiones de hasta 3 kV, considerándose de clase térmica B y el micafolium, que está compuesto de capas muy finas de mica con un soporte de papel y se prepara por cilindrado en caliente y sobrelaqueado por la cara de la mica; las hojas de mica se unen en capas muy compactas para conservar sus propiedades dieléctricas. El micafolium, en rollos, montado sobre papel engomado con laca, se enrolla en frío sobre los devanados, que se calientan a continuación, se aprietan y se enfrían finalmente en una prensa, que les da directamente la forma y dimensiones de la ranura en la que deben alojarse. Este aislante se considera de clase térmica B, excepto si el aglomerante, en lugar de goma laca, es una resina epoxídica o una resina de poliéster, en cuyo caso, está considerado como de clase térmica F (temperatura máxima de funcionamiento, 155 oC) Recientemente, ha salido al mercado un micafolium aglomerado con resina de silicona y considerado como de clase térmica H (temperatura máxima de funcionamiento, 180 ºC)

También, se emplean cintas de mica (vea la figura 52), es decir, productos obtenidos con mica superpuesta en una o más capas, unida con un aglutinante flexible (goma laca, resinas sintéticas, etc.) a tejidos de seda o de algodón. Para evitar el desprendimiento de la mica se suele colocar, en algunos casos, un recubrimiento de papel fino. De la misma forma que sucede con los papeles de mica, las cintas de mica se consideran aislantes de clase térmica B si están aglomerados con goma laca, de clase térmica F si el aglomerante es resina epoxídica o resina de poliéster, y de clase térmica H si el aglomerante es una resina de silicona.

Figura 52 Cinta de mica

Las excelentes propiedades de la fibra de vidrio, expuestas con anterioridad, hacen que este material también sea empleado, en forma de cinta, en el aislamiento de pletinas para bobinados. El material aislante, propiamente dicho, debe aglomerarse mediante un barniz adecuado, considerándose en este caso como aislamiento de clase térmica E (temperatura máxima de funcionamiento, 120 ºC) En combinación con la fibra de poliéster, sin aglomerante, se obtiene un aislamiento de clase térmica F (temperatura máxima de funcionamiento, 155 ºC) Si la fibra de vidrio o de vidrio-poliéster se aglomera mediante resinas de silicona, se obtiene un aislamiento de clase térmica H (temperatura máxima de funcionamiento, 180 ºC)

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53

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

También puede emplearse la fibra de vidrio (vea la figura 53), en combinación con la mica. Por ejemplo, el producto Micasin, de Aismalibar, está constituido por una fina capa de mica pura, pegada sobre una cinta de fibra de vidrio, mediante un aglomerante adecuado, generalmente un barniz.

El amianto es otro de los materiales utilizados en el aislamiento de pletinas para bobinas. Se presenta en forma de cinta, aglomerada con un barniz adecuado, obteniéndose un aislamiento de clase térmica F (temperatura máxima de funcionamiento, 155 ºC) Las propiedades, campos de aplicación y limitaciones del amianto se han expuesto en el parágrafo anterior.

C

De fases y ranuras

En este párrafo se tratara de los materiales empleados para el aislamiento entre fases, es decir, entre dos bobinas o grupos de bobinas pertenecientes a distintas fases aunque incluidos en una misma ranura, y los que se utilizan para el aislamiento de ranuras, o sea, entre todos los conductores incluidos dentro de una misma ranura, y el hierro de la máquina. Figura 53 Fibra de vidrio

La fibra de vidrio es un material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos (espinerette) y al solidificarse tiene suficiente flexibilidad para ser usado como fibra. Sus principales propiedades son: buen aislamiento térmico, inerte ante ácidos, soporta altas temperaturas. Estas propiedades y el bajo precio de sus materias primas, le han dado popularidad en muchas aplicaciones industriales. Las características del material permiten que la fibra de vidrio sea moldeable con mínimos recursos. De esta forma se obtiene una cinta aislante de gran flexibilidad y espesor uniforme que no tiene nunca fallos por falta de mica, inconveniente que puede presentarse en otros productos aislantes constituidos por partículas de mica adheridas a un soporte. Cuando se emplea como aglomerante un barniz flexible claro o un barniz asfáltico, el material obtenido es de clase térmica B, con otros tipos de barnices sintéticos se obtienen respectivamente, materiales de clases térmicas F y H.

54

La razón de tratar estos aislamientos conjuntamente es que los materiales empleados son análogos en ambos casos. Téngase en cuenta que, como se ha dicho en un párrafo anterior, entre las dos capas de lados de bobina diferentes incluidos en una misma ranura, puede existir casi toda la tensión nominal de la máquina, sobre todo, si se trata de devanados diametrales. Por otro lado, entre una bobina y el hierro de la máquina puede existir esta misma tensión total ya que, durante el funcionamiento, un polo o una fase pueden estar conectados a tierra, voluntaria o involuntariamente. Los manguitos aislantes se prolongan hasta la salida de las ranuras para aumentar de esta forma una línea de fuga en una longitud suficiente para resistir a la tensión entre fases. Los salientes son de diferente longitud para las capas superiores e inferiores de las bobinas e incluso, en los devanados concéntricos de una capa, la longitud de estos salientes también es diferente para las bobinas cortas y largas del devanado. Tanto en lo que se refiere a espesor de aislamientos de ranura como a dimensiones en los salientes, hay que hacer observar que en la práctica se encuentran frecuentemente valores que difieren bastante de los proporcionados anteriormente, gráficamente o por medio de cálculo.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Cada constructor tiene sus procedimientos propios basados en la experiencia y en los ensayos realizados sobre máquinas; por otra parte, muchas veces no se distingue el aislamiento del conductor del manguito aislante propiamente dicho y sobrepuesto al anterior (por ejemplo, envolturas en U con enrollado exterior final) en estos casos, generalmente resulta un espesor de aislamiento muy superior entre conductores (de 1 a 2 mm) También sucede a veces en los arrollamientos de barras, que la cubierta aislante entre éstas, se refuerza con láminas y tiras de micafolium, en forma de U o de Z y de un espesor de 0.3 a 0.5 mm. Para máquinas de tensiones nominales hasta unos 500 V y con conductores redondos o rectangulares, para los espesores de aislamientos de ranuras y entre bobinas pueden adoptarse los valores expresados en la tabla siguiente y cuyas referencias corresponden a la figura 54. 3

1

2

Figura 54 Valores de espesores y ranuras

ESPESOR MÍNIMO DEL AISLAMIENTO ENTRE BOBINAS Y DE RANURA PARA BOBINADOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS (TENSIONES NOMINALES HASTA 500 V) Potencia nominal de la máquina kW

Espesor del aislamiento de ranura (mm)

Espesor del aislamiento entre

De 0.5 a 2 kW De 2 a 11 kW De 11 a 35 kW De 35 a 70 kW

0.5 0.6 0.7 0.8

0.5 0.5 0.5 0.5

Espesor del aislamiento de cierre de la ranura (mm) 0.6 0.8 0.8 0.8

Tabla No. 6 Espesor mínimo del aislamiento entre bobinas y de ranura

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55

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Para máquinas de mayores tensiones nominales y siempre que se adopten materiales aislantes a base de cartón barnizado, se recomienda los valores expresados en la tabla siguiente: ESPESOR MÍNIMO DE AISLAMIENTO DE RANURAS PARA BOBINADOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MATERIAL AISLANTE A BASE DE CARTÓN) Tensión nominal de la máquina V

Espesor del aislamiento mm

Prolongación del manguito mm

De 0 a 100 De 100 a 200 De 200 a 300 De 300 a 450 De 450 a 600 De 600 a 800 De 800 a 1,000 De 1,000 a 1,500 De 1,500 a 2,000

0.4 0.5 0.75 1.0 1.25 1.25 1.5 1.75 2.0

10 10 15 15 20 25 25 25 25

Tabla No. 7 Espesor mínimo de aislamiento de ranuras a base de cartón

Si el aislamiento de las ranuras se realiza a base de compuestos de mica, se adoptarán los valores expresados en la tabla No. 8. ESPESOR MÍNIMO DEL AISLAMIENTO DE RANURAS PARA BOBINADOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MATERIAL AISLANTE A BASE DE MICA) Tensión nominal de la máquina en V Hasta De De De De De

600 a 1,200 a 2,300 a 3,900 a 6,000 a

600 V 1,200V 2,300 V 3,900 V 6,000 V 7,500 V

Espesor del aislamiento mm 1.0 1.5 1.75 2.0 2.0 2.5

Prolongación del manguito mm 10 15 20 35 50 65

Tabla No. 8 Espesor mínimo de aislamiento de ranuras con aislante de mica

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Los materiales empleados para la separación entre fases y para el aislamiento de las bobinas de la masa de la máquina dependen, naturalmente, de la temperatura máxima de funcionamiento prevista en la máquina. A continuación, se enumeran solamente algunos de estos materiales, los cuales son mas comúnmente utilizados. Para las máquinas que han de trabajar en clase térmica A (temperatura máxima de funcionamiento, 150 ºC) se emplean universalmente diversos cartones aislantes, convenientemente impregnados antes o después de realizado el bobinado; entre estos cartones, se pueden citar: El presspan, fabricado con fibras de madera y que se presenta en forma de hojas de cartón fuerte, cuyas caras están endurecidas y vidriadas. La composición de este cartón debe estar cuidadosamente preparado si se pretende que cumpla su cometido; la cantidad de celulosa debe ser bastante elevada y el resto ha de estar formado a partir de papeles viejos convenientemente elegidos. Además, debe contener poca carga, estar medianamente encolado, muy limpio, exento de cualquier traza mecánica y ser químicamente neutro. Tiene una moderada rigidez dieléctrica, que aumenta notablemente cuando se barniza o cuando se le somete a la impregnación de barniz por tratamiento a la estufa; este aumento de la rigidez dieléctrica se debe, en estos casos, a que su higroscopicidad se reduce considerablemente. El presspan se fabrica en gruesos desde 0.1 a 5 mm, con dimensiones de 700 x 1,000; 750 x 1,050; 1,000 x 1,400 y 1,000 x 2,000 mm. El leatheroid o papel cuero, es un cartón aislante a base de celulosa, de tono gris pizarra, con caras endurecidas, vidriadas o no. Sus propiedades dieléctricas y aplicaciones son semejantes a la del presspan, anteriormente citado, pero resulta algo más duro y rígido. Se fabrica en espesores comprendidos entre 0.1 y 1 mm. El pressboard es un cartón absorbente, con gran proporción de: algodón, que puede impregnarse fácilmente con aceite, barniz o baquelita.

Este es muy ligero, por estar poco comprimido y se pliega y moldea con toda facilidad. Modernamente, se emplean también como aislantes de ranura, clase térmica A, diversos materiales constituidos por compuestos celulósicos impregnados con resina sintéticas; estos productos tienen excelentes propiedades dieléctricas y mayor flexibilidad que los expuestos anteriormente. Entre ellos podemos citar el papel-policloruro de vinilopapel, el presspan-tela barnizada y el papel baquelizado. Estos materiales se expenden en el comercio en placas de 550 x 1,000 mm y en rollos continuos de 1,000 mm, con gruesos comprendidos entre 0.1 y 1 mm. Actualmente, casi todos los materiales empleados para aislamiento de ranuras en máquinas que deben trabajar en clase térmica E (temperatura máxima de funcionamiento 120 ºC) están constituidos por cartones (presspan y similares) impregnados de diversas resinas sintéticas, entre las que destacan las constituidas a base de poliéster que, no solamente tienen unas propiedades dieléctricas excelentes sino que, además, presentan una gran resistencia al rasgado, lo que las hace insustituibles para el aislamiento de las ranuras de máquinas pequeñas y medianas con bobinados de hilo, donde, al introducir los conductores se puede deteriorar con facilidad el aislante de las ranuras. También se emplean compuestos de triacetato de celulosa, de análogas características dieléctricas pero de menor resistencia al rasgado. Todos los materiales citados están constituidos por un material que actúa de soporte (presspan, papel, etc.) y un material aislante (resina de poliéster, triacetato de celulosa, etc.) El material soporte se puede colocar por una o ambas caras del material aislante y la unión se consigue por medio de un barniz adhesivo y prensado posterior. Entre estos materiales, podemos citar el papel-poliéster (tereftalato de polietileno), el pruspan-triacetato de celulosa, el presspan-poliéster (tereftalato de polietileno), el presspan-triacetato de celulosa-presspan y el presspan poliéster-presspan.

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57

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Los más conocidos son el tejido de vidrio-resina de poliuretano, tejido de vidrioresina de poliéster especial (tereftalato de polietileno), micanita-resina epoxídica, tejido de vidrio-micanita, aglomerado con resina epoxídica, etcétera.

Figura 55 Aislamiento de ranuras, clase térmica b

Para los aislamientos de ranuras (vea la figura 55) de las máquinas eléctricas que han de trabajar en clase térmica B (temperatura máxima de funcionamiento, 130 oC) se emplean, sobre todo, materiales a base de fibra de vidrio y de mica.

Debido a sus excelentes propiedades térmicas, también se emplean diversos materiales a base de amianto, como el amianto virgen-tereftalato de polietileno, amianto impregnado-tereftalato de polietileno y el tejido de vidrio-amianto impregnado.

Los primeros utilizan como soporte el tejido de fibra de vidrio y como material aislante propiamente dicho diversas resinas sintéticas; estos productos tienen excelentes propiedades dieléctricas, muy buenas propiedades mecánicas, gran resistencia a la humedad y a los agentes atmosféricos, buenas propiedades térmicas y moderada resistencia a los ácidos y álcalis. Se expenden en el comercio en forma de placas de 1 000 x 1 000 mm con espesores a partir de 1 mm. Los productos más conocidos son: tejido de vidrioresina epoxídica, tejido de vidrio-resina de poliéster, etc. Los materiales aislantes a base de mica están constituidos por partículas de mica, aglomeradas mediante sustancias especiales; el más conocido es la micanita cuyo aglomerante es la goma laca. La micanita con un soporte de cartón aislante barnizado o, mejor aún, de tejido de fibra de vidrio, constituye un excelente aislante de clase térmica B. Modernamente, en lugar de la goma laca se emplean, como aglomerantes, diversas resinas sintéticas. En las máquinas eléctricas que deben trabajar en clase térmica F (temperatura máxima de funcionamiento, 155 ºC), como aislamiento de ranuras se emplean también diversos materiales a base de fibra de vidrio y de mica pero con soportes de materiales cuyas propiedades térmicas son mejores que los citados en el párrafo anterior.

58

Figura 56 Un motor que trabaja a alta temperatura utiliza aislamiento clase h

Las máquinas eléctricas que han de trabajar en clase térmica H (temperatura máxima de funcionamiento, 180 oC), generalmente, emplean como aislamiento de ranuras, materiales a base de mica y de tejido de vidrio impregnado con resina de silicona. Podemos citar como ejemplo, el siliconit, fabricado por Aismalibar, que es un material estratificado cuyo soporte es tejido de vidrio, y como material

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

de impregnación, la resina de silicona, la cual sirve a la vez como aglutinante entre cada estrato o lámina, consiguiéndose una perfecta unión tratando el material a presión y temperatura convenientes. Este material tiene muy buenas propiedades mecánicas, térmicas y dieléctricas, buena resistencia a los ácidos y moderada resistencia a los álcalis. Se expende en placas de 1,000 x 1,000 mm, con espesores a partir de 1 mm.

1.7.3

CAPACIDAD DE AISLAMIENTO DE ACUERDO A LA TEMPERATURA

Los materiales aislantes empleados para aplicaciones electrotécnicas en general y, más particularmente, para bobinados de máquinas eléctricas, se clasifican principalmente según su temperatura máxima de funcionamiento, es decir, la temperatura límite por encima de la cual no se puede garantizar que el aislante conserve sus propiedades dieléctricas. Según los trabajos de la Comisión Electrotécnica Internacional, publicados en 1957 y adoptados por la Asociación Electrotécnica Española, los materiales aislantes se agrupan en las siguientes clases:

Un aislamiento se considera impregnado, cuando una sustancia apropiada (por ejemplo, un barniz aislante) sustituye al aire entre las fibras del material, incluso si esta sustancia no rellena completamente los huecos que quedan entre los conductores aislados. Clase E (temperatura máxima de funcionamiento, 120 oC) Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales que, por la experiencia o por ensayos de reconocida garantía, demuestran que pueden funcionar a la temperatura máxima de funcionamiento anteriormente indicada, o bien que su estabilidad térmica permite su empleo a una temperatura superior en 15° C a la de los materiales de la clase A. Clase B (temperatura máxima de funcionamiento, 130 oC) Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, amianto, etc., con aglomerantes adecuados. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales que, sin ser inorgánicos como los anteriores, la experiencia o ensayos de reconocida garantía, han demostrado que pueden funcionar a la temperatura límite anteriormente indicada (130 ºC)

Clase Y (temperatura máxima de funcionamiento, 90 oC) Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como algodón, seda, rayón y papel, sin impregnación. Se pueden incluir también otros materiales si la experiencia o ensayos de reconocida garantía demuestran que pueden funcionar a la temperatura máxima de funcionamiento anteriormente indicada.

Clase F (temperatura máxima de funcionamiento, 155 ºC) Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, amianto, etc. con aglomerantes adecuados. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales que, sin ser inorgánicos como los anteriores, la experiencia o ensayos de reconocida garantía, han demostrado que pueden funcionar a la temperatura límite anteriormente indicada (155 ºC) o bien que su estabilidad térmica permite su empleo a una temperatura superior en 25 °C a la de los materiales de la clase B.

Clase A (temperatura máxima de funcionamiento, 105 °C) Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como algodón, seda, rayón y papel, cuando están convenientemente impregnados y cuando están sumergidos en un dieléctrico tal como aceite.

Clase H (temperatura máxima de funcionamiento, I80 ºC) Aislamiento constituido por materiales tales como compuestos de siliconas, o de asociaciones de materiales como mica, fibra de vidrio, amianto, etcétera, con aglomerantes adecuados, tales como resinas de siliconas apropiadas.

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59

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales, si la experiencia o ensayos de garantía demuestran que pueden emplearse a la temperatura máxima de funcionamiento indicada anteriormente . Clase C (temperatura máxima de funcionamiento, superior a I80 ºC) Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales, tales como mica, porcelana, cuarzo y vidrio con o sin aglomerante inorgánico. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales, si la experiencia o ensayos de reconocida garantía demuestran que pueden emplearse a temperaturas superiores a 180 ºC. En esta clase, un material, o asociaciones de materiales determinados, tendrá un límite de temperatura que dependerá de sus propiedades físicas, químicas o eléctricas. Como complemento de la explicación se exponen en el anexo A en las tablas A-9, A-10, A-11, algunos de los materiales aislantes empleados en las máquinas eléctricas, con indicación de la clase térmica a que pertenecen.

1.8

AISLAMIENTO DE RANURAS

1.8.1

PREPARACIÓN DE MATERIALES

Antes de empezar las operaciones de embobinado, es oportuno preparar los aislantes, necesarios para el aislamiento de ranura. La elección del tipo de material aislante, que se tiene que emplear para aislar las bobinas del enchapado, depende, como ya hemos visto, de la clase de aislamiento de la máquina.

A

Cuñas

Una vez dispuesto el arrollamiento se introduce en la parte superior de cada ranura una cuña de configuración apropiada (de madera, de fibra o de otro material análogo), cuya misión es mantener los conductores bien sujetos en el interior de las ranuras y asegurados contra el efecto de las vibraciones. Estas cuñas se suministran generalmente en barras de 1 m de longitud y anchos diversos, las cuales se cortan a la medida de la ranura, o en todo caso son fabricadas por el bobinador.

B

Orejas

Son utilizadas para aislar los bobinados. El tamaño de la bobina y el número de bobinas, son datos importantes para la elaboración de las orejas, vea la figura 57.

Como recordará, las bobinas van colocadas en el interior de las ranuras, y ya sea que en dichas ranuras se vayan a instalar bobinados de una capa o de dos capas, es necesario poner un material aislante entre la ranura y las bobinas que se colocarán, esto se hace con la finalidad de que al deteriorarse el aislante del conductor, este mismo no haga o con el chasis del motor y así evitar daños mayores.

Figura 57 Oreja

60

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

C

1.8.2

Aislante de ranuras

Al reemplazar el aislamiento de las ranuras es muy recomendable utilizar el mismo tipo y espesor de material que los que el núcleo llevaba originalmente. El aislamiento para las ranuras se corta del modo indicado en la figura 58 es decir, unos 6 mm más largo que la ranura; luego se amolda a la forma de ésta para que encaje perfectamente. Es frecuente practicar dobleces en los cuatro extremos del aislamiento para evitar que éste pueda deslizarse hacia el exterior de la ranura y causar un posible o de la bobina con masa. Este papel aislante se fabrica y expende en rollos correspondientes a diversos anchos y espesores, y puede adquirirse en muchas firmas suministradoras de motores. El aislamiento, con los extremos ya doblados, se corta en tiras de longitud adecuada al perímetro de las ranuras por medio de una cuchilla especial.

PROCESO DE AISLAMIENTO

PASO

1

Tome las medidas de la ranura: Longitud, ancho y profundidad.

Profundidad (p) Longitud Ancho

Figura 60 Medir ancho, profundidad y longitud

PASO

Aislante

Dobleces

2

Tome la medida de la profundidad (p) y multiplíquela por 2.

PASO

Tome el ancho de la ranura y súmela a la medida anterior.

Figura 58 Aislante de ranura

Tira de protección de hilo contra rozaduras

3

Aislante en la ranura

A la medida anterior agréguele aproximadamente 4 mm. Esto dará el ANCHO TOTAL del aislante.

p

Aislante

e Figura 59 Ubicación del aislante dentro de la ranura

Dobleces (4 mm)

a Figura 61 Aislante

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61

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

PASO

Hacer orejas

4

Tome la medida de longitud (l) de la ranura y agréguele 16 mm. Este será el LARGO TOTAL del aislante.

PASO

5

Trace y corte los aislantes del estator.

Tomando en cuenta el tamaño de la bobina y el número de bobinas, hacer las orejas con la forma como se indica en la figura. Una vez preparado los aislantes, proceder a aislar las ranuras del estator.

En los extremos del largo del aislante hágale un doblés de 4 mm, como se indica en la figura 61. Hacer cuñas

PASO

Se empieza por la se continua con la y se sigue hasta completar el polo bobina interior contigua

1

Teniendo la longitud de ranura súmele 8 mm. Ésta será la longitud total de la cuña.

PASO

2

Mida la distancia entre dientes y multiplíquela por 3, éste será el ancho total de la cuña. Trace y corte las cuñas.

Figura 63 Número de bobinas en el estator

1.8.3

A

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Guantes

Es importante que al momento de realizar los bobinados utilice siempre guantes que le protejan sus manos, para evitarle cortes en el manejo del alambre. Madera

Fibra Figura 62 Cuñas

B

Zapatos

Debido a que estará trabajando con motores y herramienta, así como con electricidad, debe utilizar zapatos de hule, aislados eléctricamente y mejor si los mismos poseen punta de acero, lo que le permitirá que si algún motor o herramienta pesada le cae sobre los pies, estos estén protegidos por la punta.

C

Anteojos

Al momento de cortar alambre, las cuñas u orejas para los bobinados, es posible que alguna parte del corte o basura le salte al ojo, dañándolo u ocasionando molestia, por esta razón es importante que utilice anteojos como protección.

62

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.8.4

PROTECCIÓN AMBIENTAL

El medio que habitamos merece su protección y por eso debemos manejar de manera adecuada los desechos, para evitar no sólo que alguien sufra un percance con los mismos, sino también para no contaminar el medio ambiente, por consiguiente debemos conocer el:

A

Manejo de sólidos

Depositar los sólidos donde corresponde, el papel en un depósito distinto al de los plásticos y a los metales o vidrio si hubiera.

B

Manejo de líquidos

Ubicar los aceites, tintes y barnices en un lugar adecuado, con buena ventilación para evitar que se encierren vapores altamente inflamables.

1.9

MATERIALES DE IMPREGNACIÓN Y RECUBRIMIENTO PARA BOBINADOS

En el interior del estator se tiene el bobinado que produce el campo magnético para que el motor trabaje, formado por un determinado número de vueltas de alambre. Este alambre debe estar eléctricamente totalmente aislado cada espira para evitar que al circular una corriente eléctrica, se produzca un corto circuito entre espiras y se queme el motor. La forma de aislar una espira de otra en los bobinados del estator y en cualquier bobinado, es recubriéndolos de un medio aislante los cuales se conocen con el nombre de materiales de impregnación y recubrimiento, que son los que se detallan a continuación y la forma de aplicarlos.

1.9.1

DEFINICIÓN

Después de realizados los bobinados sobre las máquinas eléctricas, éstos se impregnan y recubren de sustancias especiales, para mejorar sus propiedades dieléctricas, conglomerar los aislamientos sólidos, hacerles perder sus propiedades higroscópicas respecto a la humedad ambiente, favorecer los intercambios térmicos entre las distintas partes que constituyen los bobinados, proteger a éstos contra los agentes exteriores tales como vapores ácidos o básicos y, finalmente, para compactarlos y hacer de esta forma que tengan una mayor resistencia mecánica. Para lograr todos estos propósitos se utilizan barnices, es decir, líquidos más o menos viscosos que constan de materias resinosas naturales o artificiales disueltas en aceite, alcohol, etc. que, al extenderse sobre una superficie, se secan por evaporación, formando una cubierta lustrosa y resistente a la humedad. Cuando a un barniz se le añade una materia colorante, recibe el nombre de esmalte. Ante todo cabe dividir los barnices utilizados en el aislamiento de máquinas eléctricas, o barnices aislantes, en dos grandes grupos: barnices de impregnación y barnices de recubrimiento, llamados también barnices de protección. Los barnices de impregnación se diferencian de los barnices de recubrimiento tanto en lo que se refiere a su composición como a las condiciones que deban cumplir. Así, un barniz de impregnación debe penetrar bien en el interior de los bobinados mientras que esta propiedad resulta secundaria en un barniz de recubrimiento. Un barniz de impregnación ha de tener, ante todo, muy buenas propiedades dieléctricas, mientras que un barniz de recubrimiento ha de ser altamente resistente a la acción de la humedad, ácidos, bases, gases, etc. Por otra parte, el barniz de recubrimiento ha de proporcionar una película que constituya una superficie homogénea, libre de poros y elástica y que

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

63

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

impida la sedimentación o adhesión de partículas transportadas por el aire de refrigeración de la máquina (por ejemplo, depósitos de polvo), sobre la superficie de los devanados, vea la figura 64.

2. Aplicación posterior y en la superficie de los bobinados, de un barniz de recubrimiento cuya misión fundamental es proteger los elementos que constituyen el bobinado, de los agentes exteriores. Existen barnices de protección universales, es decir que protegen contra todos los agentes exteriores y barnices de protección especiales que solamente es resistente a un determinado agente o grupo de agentes destructores. Naturalmente un barniz universal no es tan resistente a un determinado agente, los vapores ácidos por ejemplo, como un barniz especial que en máquinas que deban trabajar en estos ambientes es preferible la aplicación de un barniz universal que proteja, de una manera general, contra la humedad, los álcalis, etc., y de un barniz especial protector contra los vapores ácidos.

1.9.2 Figura 64 Bobinado que se recubrirá de barniz

Por sus propias cualidades específicas, la película de un barniz de recubrimiento, debe impedir la penetración de elementos corrosivos en el interior de los bobinados. Es decir, que no resulta acertado emplear un barniz de impregnación en lugar de un barniz de recubrimiento ni a la recíproca, ya que cada uno de ellos ha de cumplir su propia misión específica. De una manera general, se puede decir que la aplicación de barnices aislantes en las máquinas eléctricas se efectúa según el siguiente orden: 1. Aplicación a fondo de un barniz de impregnación, cuya principal misión es aumentar las propiedades dieléctricas de los materiales aislantes que recubren los conductores, bobinas, ranuras, etc., hasta tal punto que, muchas veces, los materiales sólidos empleados en los bobinados actúan solamente como soporte y el barniz que los impregna es el que aporta las propiedades dieléctricas.

64

CONSTITUCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS BARNICES AISLANTES

Esencialmente un barniz aislante está constituido por tres elementos fundamentales: 1) Material aislante, generalmente sólido. 2) Sustancia disolvente del anterior. 3) Sustancia secante para acelerar el proceso de secado. Como materiales aislantes se emplean, entre otros: a) Resinas naturales (ámbar, copal, goma laca, etc.) b) Resinas artificiales (epoxídicas, alquídicas, de poliéster, de silicona, etc.) c) Asfaltos y otras sustancias bituminosas. d) Ceras y parafinas. Los disolventes más utilizados son los siguientes: a) Esencia de trementina o aguarrás, que es un producto de destilación de las trementinas naturales u oleorresinas, extraídas por incisión de diversos árboles (pino, abeto, terebinto, etc.)

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

b) Benzoles, que son mezclas de hidrocarburos líquidos compuestos de diferentes cuerpos tales como bencina, tolueno, etc. c) Bencinas o esencias de petróleo, que son productos de la destilación fraccionada del petróleo, prolongada hasta 200 ºC. Los intervalos de destilación se obtienen, sucesivamente, por el éter J de petróleo, la gasolina, las esencias minerales, etc. d) Alcoholes, obtenidos por destilación de sustancias azucaradas (alcohol etílico) o por destilación de la madera (alcohol metílico) e) Acetona, producto derivado de los residuos de la destilación de la madera. • Como sustancias secantes, se emplean, sobre todo: a) Aceite de linaza, obtenido en caliente, por prensado de los granos de lino triturados y constituido por una mezcla, en proporciones muy variables de glicéridos de ácidos grasos: oleico, linoleico, etc., y ácidos saturados: esteárico, palmítico, etc. No se conoce exactamente el mecanismo seguido por el aceite de linaza en su proceso de rápida desecación, que se debe a ciertas reacciones químicas que favorecen la oxidación del aceite con desprendimiento de productos ligeros, tales como óxido de carbono, anhídrido carbónico, agua, etc. b) Aceite de madera de China, llamado también aceite de tung, aceite de eleococca y aceite de Abrasin. Se extrae de las simientes de ciertos árboles del Extremo Oriente, que se trituran y prensan para obtener este producto. El aceite fresco es muy venenoso y de olor desagradable, pero tiene dos excelentes propiedades: 1. Se seca muy rápidamente, tanto en tiempo húmedo como seco. 2. Actúa como acelerador de oxidación en las mezclas de éste producto con el aceite de linaza.

La película que forma el aceite de madera de China es más dura, quebradiza e impermeable que la obtenida con aceite de linaza. Como éste, se emplea cocido pero deben tomarse ciertas precauciones para evitar que se endurezca casi instantáneamente. Mediante calentamiento lento o instantáneo, en vacío o bajo presión, se obtienen diversos productos, todos ellos interesantes como sustancias secadoras de los barnices aislantes. Dada la gran variedad de materias que constituyen un barniz aislante y sus posibles campos de aplicación, resulta muy difícil intentar una clasificación racional de estas sustancias. En un parágrafo anterior, ya se ha esbozado una primera clasificación al dividirlos, según su campo de aplicación, en los dos grandes grupos de barnices de impregnación y barnices de recubrimiento. Mas adelante, se va a dar una clasificación de los barnices aislantes teniendo en cuenta el disolvente empleado y el material aislante de que están constituidos estos barnices. De esta forma, se obtiene barnices: 1) Al aceite, con resinas naturales 2) Con resinas sintéticas 3) Al alcohol 4) Sin disolvente A continuación, se estudian con algún detalle todos estos tipos de barnices aislantes.

A

Barnices al aceite, con resinas naturales

Estos barnices están producidos a base de aceites vegetales (aceite de linaza, aceite de madera de China, etc.) y resinas naturales, asfaltos u otros materiales básicos apropiados. Su secado se produce en un proceso físico (evaporación de los disolventes y dilución) y químico (formación de la capa de barniz por la entrada del oxígeno del aire) los fenómenos pueden acelerarse por la aportación de calor. Los barnices que contienen poco aceite se secan dejándolos en el aire, a la temperatura ambiente y por un período de 4 a 18 horas, según el tipo de barniz.

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65

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Los barnices con elevado contenido en aceite no se pueden secar al aire sino en la estufa, introduciéndolos a una temperatura de unos 100 ºC durante un período de 2 a 8 horas, según el tipo de barniz. Las resinas utilizadas son sustancias orgánicas sólidas o semisólidas amorfas, de color amarillento a castaño y solubles en alcohol, éter, etc., pero no en agua. Las resinas difieren químicamente entre sí, tienen como características comunes el contener gran porcentaje de carbono e hidrógeno y algo de oxígeno. Las resinas naturales empleadas en la fabricación de barnices al aceite pueden ser vegetales o minerales. • Entre las resinas vegetales se pueden mencionar: El ámbar, denominación común de ciertas sustancias resinosas y aromáticas que tienen la consistencia de la cera. El ámbar amarillo es una resina fósil casi transparente, de color variable entre amarillo y el rojo claro. El ámbar gris está constituido por las concreciones intestinales de algunos cetáceos marinos; se encuentra en la superficie del mar, en forma de masas compactas cerosas, de color grisáceo. Tanto el ámbar amarillo como el gris se mezclan con ceras y otras resinas, para la fabricación de barnices al aceite. El copal procede de la exudación de varias especies de árboles (coníferas, terebintáceas) Los copales comerciales son exclusivamente resinas fosilizadas recogidas en los terrenos arenosos o pantanosos que se presentan en forma de bloques más o menos compactos. Existen muchas clases de copal con propiedades muy diferentes; las principales variedades son: el copal duro, obtenido en Zanzíbar y en Madagascar, el copal semiduro (Angola rojo de Guinea oriental, Congo, Nueva Zelanda, Manila, Borneo, etc.) y el copal blando en sus variedades clara y negra, obtenido en las Indias Orientales. Los componentes químicos del copal son ácidos resínicos, éteres, alcoholes y carburos diversos. Para mejorar las propiedades dieléctricas de los barnices aislantes se añaden a estos ciertas resinas

66

minerales como los asfaltos, que son cuerpos de consistencia viscosa que se encuentran en estado natural en algunos países. Se denominan barnices claros a los que no contienen resinas minerales y barnices negros a los que sí contienen estas resinas. Los barnices negros tienen mejores propiedades dieléctricas que los claros y resisten mejor la humedad y los ácidos, pero son menos resistentes a la acción química de los aceites aislantes, por lo que en las máquinas y dispositivos eléctricos que deban trabajar sumergidos en aceite (por ejemplo, los transformadores) deben utilizarse siempre barnices claros. Tanto los barnices claros como los negros pueden ser secados al aire o a la estufa, según sea su contenido en aceite. Como ejemplo, a continuación se exponen las características y campos de aplicación de los barnices al aceite, con resinas naturales fabricados por la firma AISMALIBAR: Consulte el ANEXO B Barnices de Impregnación.

B

Barnices con resinas sintéticas

Resinas termoplásticas, que no se endurecen al calor. Sometiendo estas resinas a una temperatura suficiente, pasan paulatinamente del estado sólido al líquido, pero no experimentan disminución en su solubilidad ni tampoco ninguna elevación de su punto de fusión. Resinas termoendurecibles o termofraguantes. Cuando estos materiales se someten durante cierto tiempo a una temperatura conveniente, disminuye su solubilidad hasta anularse por completo; su punto de fusión se eleva y pueden llegar hasta hacerse prácticamente infusibles. Resinas que se endurecen por la acción del oxígeno del aire. Al contrario de lo que sucede con los dos grupos anteriores, éstas no necesitan calor para transformarse en sustancias insolubles e infusibles, ya que basta con la acción oxidante del aire. Son las más empleadas en la preparación de barnices aislantes.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

De una manera general se puede decir que las resinas para barnices aislantes han de ser estables a la luz, resistentes al agua, fácilmente soluble en los disolventes orgánicos empleados en la fabricación de barnices y en los aceites secantes y con un punto de fusión bastante elevado para no formar películas grasientas. Los barnices aislantes obtenidos a partir de las resinas sintéticas, pueden ser de tres clases: a) A base de aceites vegetales. Son análogos a los barnices al aceite, descritos anteriormente, en lo que se refiere a su calidad y a las condiciones de secado. b) Con exclusión de aceites vegetales y a base de resinas sintéticas no endurecibles. Pueden ser de secado al aire o a la estufa. c) Con exclusión de aceites vegetales y a base de resinas sintéticas, endurecibles por la acción del calor o del oxígeno del aire. Su secado se diferencia esencialmente del de los restantes barnices con mayor o menor contenido de aceite. En su primera fase, el secado se produce por evaporación de los agentes disolventes y diluyentes. A continuación, por aportación de calor, se produce el endurecimiento lento de su masa; el fenómeno por el que pasan del estado líquido al estado sólido, se denomina condensación. En su estado definitivo son insolubles y no vuelven a ablandarse aunque sea elevada la temperatura del bobinado. Además, el fenómeno de endurecimiento o secado se produce en un tiempo mucho menor que en los barnices al aceite. Otra ventaja importante de estos barnices es que se secan totalmente, incluso en las espiras más profundas de los bobinados. A continuación se exponen las propiedades y características de las principales resinas sintéticas utilizadas en la fabricación de barnices aislantes:

• Entre los materiales termoendurecibles se incluyen: Resinas fenólicas. Se obtienen por condensación de los fenoles contenidos en los alquitranes con el formol, produciéndose la reacción en presencia de catalizadores ácidos o básicos. En presencia de álcalis a menos de 90 ºC y empleando un exceso de formol, se obtienen los resoles, que son fusibles y solubles en alcohol y en acetona; la acción del calor, los transforma en resistoles, (todavía fusibles pero no solubles) prolongado el calentamiento a temperatura algo más elevada, se transforman en resinas infusibles e insolubles. En este estado no pueden utilizarse en la fabricación de barnices por ser insolubles en los disolventes conocidos; pero se pueden solubilizar estas resinas calentándolas sencillamente con una resina natural (por ejemplo, copal) o con mezclas de aceites secantes y ácidos grasas de estos mismos aceites. De esta forma, se obtienen resinas aptas para la fabricación de barnices aislantes, que funden a temperaturas comprendidas entre 90 y 1700 ºC y que se disuelven en los aceites secantes por calentamiento hasta unos 200 ºC. Estos barnices tienen una gran resistencia a la humedad, a los ácidos y a los álcalis, pero presentan el inconveniente de su falta de elasticidad, que puede atenuarse algo por combinaciones químicas con aceites secantes. Resinas de silicona. Las moléculas de las resinas de silicona están constituidas por átomos de silicio alternados con átomos de oxígeno, saturándose las dos restantes valencias del silicio con radicales orgánicos. Según la longitud de la cadena y, por lo tanto, el peso molecular, el material obtenido puede ser un fluido, una grasa o una resina. Son muy estables al calor, de reacción neutra, no corroen los metales y son químicamente inertes. Son insolubles en el agua, solubles en diversos disolventes orgánicos y altamente resistentes al oxígeno, ácidos, minerales y soluciones salinas corrosivas. No tienen ningún efecto disolvente sobre el caucho y los plásticos orgánicos.

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67

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Tienen excelentes propiedades dieléctricas y un bajo ángulo de pérdidas aun para altas frecuencias. Finalmente, repelen el agua lo que representa una extraordinaria ventaja.

polivinìlicas. Por polimerización de estas sustancias, se obtienen el policloruro de vinilo y el poliacetato de vinilo; también se emplean varios copolímeros de ambas sustancias.

Las resinas de silicona han revolucionado, en cierto modo, todo lo referente a la construcción de bobinados para máquinas eléctricas. Efectivamente, hasta el descubrimiento de las siliconas, los límites de temperatura de los barnices aislantes hacían inútil el empleo de bobinas, aisladas con materiales como amianto y fibra de vidrio, ya que, por falta de barnices de impregnación que tuviesen adecuada resistencia, al calor, no podían utilizarse en todo su margen térmico.

Se obtienen productos de excelentes cualidades eléctricas, químicas y mecánicas, que resisten perfectamente a ciertas acciones corrosivas, particularmente al aire salino y que no sufren oxidación ni envejecimiento después de una acción prolongada al aire y a la luz.

Este límite se desplazó notablemente con los barnices a base de resinas de silicona ya que estos son de clase térmica H, es decir, que tienen una temperatura máxima de funcionamiento de 180 ºC, similar o superior a la de todos los materiales utilizados para aislamiento de conductores y bobinas, lo que permite reducir considerablemente las dimensiones de las máquinas, ya que éstas pueden trabajar a una temperatura superior o, en su caso, que las máquinas puedan estar sometidas a elevadas temperaturas ambientales. Desgraciadamente, las siliconas son productos de difícil fabricación a partir de costosas materias primas y por lo tanto, resultan antieconómicas para aplicaciones generales, reservándose su utilización cuando sus extraordinarias propiedades físicas se hacen indispensables y el precio no resulta factor determinante. Entre los materiales termoplásticos utilizados para la fabricación de barnices aislantes, se pueden citar los siguientes: Resinas polivinílicas. Son productos de reacciones entre el acetileno y el ácido clorhídrico o entre el acetileno y el ácido acético. En el primer caso, se forma cloruro de vinilo y, en el segundo, acetato de vinilo, estos dos productos pueden considerarse básicos para la formación de las restantes resinas

68

Resinas poliestirénicas. Se obtienen estas sustancias a partir del etilbenceno; son polimerizables por el calor y son transparentes como vidrio. La más conocida e interesante es el polistireno, cuerpo químicamente inerte e inatacable por ácidos minerales diluidos y por álcalis; no presenta ningún efecto de envejecimiento. Tiene buenas propiedades dieléctricas y mecánicas y se disuelve en los hidrocarburos aromáticos, en los hidrocarburos clorados y en la mayor parte las acetonas, lo que le hace un material apropiado para la fabricación de barnices aislantes aunque hay que agregarle un pequeño porcentaje de sustancia plastificante para aumentar su flexibilidad. Resinas poliacrílicas. Estas resinas son éteres sales, derivados del ácido acrílico. Estos productos se polimerizan fácilmente y los más interesantes para nuestro objeto son los metacrilatos de metilio, de etilio, de propilo y de butio. Estas resinas resisten perfectamente al agua y a los productos inorgánicos; son solubles en un gran número de disolventes y compatibles para su mezcla con otras resinas, lo que las hace aptas para la preparación de barnices aislantes. Tienen muy buenos propiedades dieléctricas y mecánicas y muy bajo ángulo de pérdida. Resinas alquídicas. Se denominan también gliptales y se obtienen por esterificación de los ácidos maleico, succínico y ftálico con la glicerina o los glicoles. Tienen muy buenas propiedades dieléctricas y presentan también buena resistencia a la humedad, a los disolventes al arco eléctrico, así como excelente estabilidad dimensional.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

Resinas poliéster. Aunque muy semejantes químicamente a las anteriores, se consideran un grupo aparte; generalmente, son poliésteres del ácido tereftálico y un dialcohol. La más conocida es el tereftalato de polietileno. Tienen muy buena estabilidad térmica, gran resistencia a la combustión y buenas propiedades eléctricas y mecánicas. Son solubles a varios disolvente industriales por lo que con ellos se fabrican excelentes barnices aislantes de clase térmica B (130 ºC)

ahora empleados pierden mucho volumen durante el secado, a causa de la evaporación del componente volátil, los nuevos barnices sin disolvente no presentan este inconveniente y su volumen después del secado es solamente algo menor que antes de esta operación.

Estas son las principales resinas sintéticas utilizadas en la elaboración de barnices aislantes. Generalmente, los barnices aislantes industriales son mezclas compatibles de dos o más de estas resinas, con disolventes adecuados y cuyo proceso de fabricación se mantiene secreto en muchos casos. A continuación, se exponen las principales características de algunos barnices sintéticos típicos, fabricados por la firma AISMALIBAR: Barnices de impregnación, consulte el ANEXO B.

Clase: Sintético poliéster (incoloro) Número: 155 Clase térmica: B (130 ºC) Tiempo de secado (capa fina): 40 a 45 minutos a 15-25 °C; 5 minutos a 115-120 ºC

A

Barnices al alcohol

A estos barnices se les llama también lacas, sobre todo cuando están coloreados. En ellos, las resinas (naturales o sintéticas) se mezclan con el alcohol, que actúa de disolvente. El secado se realiza generalmente al aire y se consigue por evaporación del alcohol; el tiempo de secado es bastante menor que para los barnices al aceite. Normalmente no se emplean para impregnación sino como barnices de recubrimiento. Los barnices al alcohol son siempre claros ya que no se acostumbra a utilizar las resinas minerales como asfalto, alquitrán, etc., que dan color negro a otros barnices aislantes.

B

Barnices sin disolvente

Algunas de las resinas poliéster, epoxídicas y de silicona se pueden utilizar como barnices aislantes de impregnación, con la particularidad de que no necesitan disolvente, es decir, que la misma resina resulta lo suficientemente fluida para ser aplicada directamente. Mientras que los barnices de impregnación con contenido de disolventes hasta

A continuación se exponen las principales características de un barniz aislante de impregnación sin disolvente, fabricado por la firma AISMALIBAR:

Tiempo de secado (bobinados): 3 a 6 horas a 115-120 ºC. Perforación dieléctrica V/mm: 22000 a 24000 Materia fija en %: 100 Características: Barniz sin disolvente con masa totalmente polimerizable. Aplicaciones: Para impregnación y encapsulado de toda clase de bobinas, principalmente de campo y para máquinas que giren a grandes velocidades.

1.9.3

PROPIEDADES DE LOS BARNICES AISLANTES

Para determinar qué tipo de barniz aislante utilizar en los bobinados, es necesario conocer ciertas características de los mismos, lo que hará que pueda tomar una mejor decisión en el tipo y costo económico del mismo. a) Poder de penetración. Los materiales aislantes empleados en los bobinados de máquinas eléctricas (presspan, telas, etc.) son, sustancialmente, los soportes del barniz y en su estado de impregnación no tienen tendencia a la isión de humedad. Por consiguiente, los barnices de impregnación han de tener gran poder de penetración en el cuerpo del

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69

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

bobinado, que puede ser favorecida y acelerada por el empleo de calor, presión o vacío. En estos casos, el grado de dilución del aislante resulta esencial. b) Elasticidad. A causa de los fenómenos de dilatación, la película seca del barniz debe poseer cierta elasticidad. Los barnices con gran contenido de aceite producen una película muy elástica; los barnices con poco contenido de aceite producen una película menos elástica que puede llegar a ser quebradiza. Aunque para los barnices de resinas sintéticas, las condiciones son parecidas, se han conseguido algunos barnices de este tipo, sin contenido de aceite cuya elasticidad puede compararse a los barnices con gran contenido de aceite. c) Resistencia al aceite. Después de su secado, los barnices empleados en la impregnación de los bobinados para máquinas eléctricas, no deben ser alterados por el aceite ni por las grasas empleadas en la lubricación de la máquina. En resumen, que los barnices aislantes han de ser resistentes al aceite. d) Rigidez dieléctrica. Los barnices aislantes secos han de tener elevada rigidez dieléctrica, cuyo valor máximo solamente se alcanza, después de un secado completo. e) Resistencia al envejecimiento. El envejecimiento, es decir, la pérdida lenta de los primitivos valores de calidad, sobre todo de la elasticidad, se produce por la acción del oxígeno del aire y del calor. Este fenómeno es función del tiempo. Los barnices al aceite son tanto más resistentes al envejecimiento cuanto más aceite contengan. Los barnices de resinas sintéticas presentan casi siempre condiciones de envejecimiento más favorables que los barnices al aceite; su envejecimiento se produce, sobre todo, a causa del calor y principalmente cuando están sometidos a temperaturas próximas a la de endurecimiento. f) Resistencia al calor. La resistencia al calor depende, esencialmente, de la clase térmica del barniz correspondiente.

70

Naturalmente, las máquinas eléctricas nunca deben funcionar a temperaturas más elevadas que las correspondientes a la clase térmica de los barnices de impregnación pues, de lo contrario, éstos se destruirían rápidamente.

Arrollamiento sentido directo

Bobina auxiliar Arrollamiento sentido inverso

Figura 65 El calentamiento deteriora el barniz aislante de los arrollamientos

g) Propiedad de aglutinación. Los barnices de impregnación han de poseer la propiedad de aglutinar las fibras del aislamiento entre sí y con el conductor. El poder de aglutinación de las diversas espiras y capas del bobinado es un valor de calidad muy importante en la construcción de máquinas eléctricas ya que de esta propiedad depende la seguridad contra cortocircuitos en los bobinados. Los barnices al aceite se emplean cuando no se requiere una gran protección contra los cortocircuitos en los bobinados; por el contrario, los barnices de resinas sintéticas poseen un excelente poder aglutinante. h) Higroscopicidad. Todos los barnices aislantes al aceite tienen más o menos tendencia a itir la humedad. Aunque en menor grado, también los barnices de resinas sintéticas tienen este inconveniente. La protección eficaz de los bobinados contra la absorción de humedad solamente puede realizarse por el empleo de barnices de recubrimiento protectores de la humedad aunque no existe, verdaderamente, una protección absoluta contra la humedad.

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ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

i) Propiedad de secado. El secado en profundidad de los bobinados solamente se puede conseguir por aplicación de calor y respetando los tiempos isibles para el secado. Incluso los barnices secados al aire necesitan aportación de calor. En todos los casos, si los barnices se secan después de la impregnación total y de su penetración en todo el bobinado, el tiempo de secado es adecuado. Los barnices con gran contenido de aceite secan más en las capas más profundas del bobinado y exigen un tiempo prolongado para el secado, además de una abundante aportación con oxígeno atmosférico. Los barnices de resinas sintéticas necesitan, por lo general, menos tiempo de secado que los anteriores y, además, se consigue un secado más perfecto en las capas más profundas de los bobinados. j) Resistencia a la fuerza centrífuga. Para los bobinados retóricos es muy importante la resistencia a la fuerza centrífuga de los barnices aislantes. En primer lugar, esta resistencia depende del secado de las capas más profundas del bobinado, pero también influye el ablandamiento de los barnices debido al calor de servicio. A este respecto, los barnices aislantes a base de resinas sintéticas son muy superiores a los barnices al aceite. En la fabricación de máquinas eléctricas de altas velocidades (hasta 50,000 rpm) solamente puede garantizarse la necesaria estabilidad en el servicio, mediante el empleo de barnices de resinas sintéticas.

1.9.4

A

MEDIDAS DE SEGURIDAD

C

Overol

Regularmente al aplicar los barnices siempre más de alguna pequeña cantidad salta a la ropa, es por ello necesario tener un overol o ropa adecuada la cual proteja la ropa que usted viste.

1.9.5

A

PROTECCIÓN AMBIENTAL

Manejo de químicos

Como se indicó con anterioridad, se debe tener un recipiente adecuado para el manejo y utilización de los barnices, así como para su almacenaje.

B

Ambiente limpio

El barniz como todo químico al momento de ser derramado puede ocasionar que el lugar se vuelva liso y deslizante, por ello se debe mantener limpio el lugar de trabajo y si se derramo algo, limpiarlo inmediatamente, antes de que pueda causar un accidente.

1.10

AISLAMIENTO DE BOBINAS APLICANDO BARNIZ

Guantes

Al aplicar el barniz utilice guantes, pues los compuestos químicos que tienen los barnices, pueden dañar su piel por lo que debe de proteger sus manos.

B

manejarlos, debe tener puesta una mascarilla, para evitar inhalarlos y que ello le pueda producir en el organismo náuseas o dolor de cabeza.

Mascarilla

Por las emanaciones químicas de vapores que producen los barnices, al momento de aplicarlos o

Para una correcta aplicación de los barnices aislantes a los bobinados de las máquinas eléctricas debe realizarse la siguiente secuencia de operaciones: 1) Secado de los bobinados sin impregnar 2) Preparación del barniz aislante 3) Barnizado 4) Secado de los bobinados impregnados

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71

ELABORACIÓN Y AISLAMIENTO DE BOBINADOS

1.10.1 PROCESO DE SECADO Muchos de los materiales aislantes sólidos que integran los bobinados son higroscópicos, es decir, absorbentes de la humedad, por ejemplo las fibras textiles el papel, el cartón aislante, etc. Por otra parte, para que un barniz constituya un buen aislamiento es necesario que los elementos que deben impregnar estén totalmente exentos de humedad pues de lo contrario, las trazas y burbujas de agua significarían un peligro serio para los bobinados, al ser puntos donde serían posibles fenómenos de ionización que provocarían a la larga, la perforación de los aislamientos y el consiguiente peligro de cortocircuitos entre espiras o entre bobinas. Tenga en cuenta que si no se ha efectuado el secado previo de un bobinado, una vez se ha impregnado de barniz, las gotas de agua quedan ocultas y protegidas por el barniz e imposible de eliminar posteriormente por lo que la aplicación de barniz podría resultar incluso contraproducente. Se hace necesario efectuar un secado previo de los bobinados antes de la aplicación de los barnices aislantes. Debe considerar que el secado de los bobinados impregnados es una operación importante para obtener un resultado uniforme y de alta calidad. La curva de secado reproduce el curso de la operación en función de la temperatura y del tiempo, es decir desde el comienzo hasta el final del secado dentro de la estufa, para ello debe tener en cuenta: a) El tiempo de calentamiento en función de la condición térmica y disposición del calentador, las pérdidas térmicas por radiación y las condiciones de inyección y extracción de aire en el espacio útil de la estufa. b) El grado de temperatura en función de la clase de barniz empleada y del proceso de secado. . Otra forma de realizar el secado es por medio de las estufas al vacío. 72

En las estufas de vacío se hace que el vacío acelere la pérdida de humedad, empleando una temperatura tanto más baja cuanto mayor sea el grado de vacío. El aire enrarecido de la estufa conserva cierto grado de humedad, que depende del vacío y de la temperatura. Se comprueba el final de la operación de secado, mediante el condensador de la bomba de vacío, parando esta operación cuando deja de producirse la condensación. Evidentemente, la duración del secado depende del tamaño y número de las piezas a tratar, de su grado de humedad, de la eficacia de la bomba de vacío, de su capacidad y de la temperatura. El secado bajo vacío permite extraer mejor la humedad de los bobinados y en menos tiempo que en la estufa a presión atmosférica. Resulta por lo tanto, un procedimiento más rápido y racional por lo que cada vez es más empleado, a expensas del secado a presión atmosférica. También pueden combinarse los dos procedimientos analizados. En este caso, los bobinados se calientan moderadamente en una estufa a presión atmosférica para ser introducidos calientes en la estufa de vacío, y con el objeto de eliminar los últimos restos de humedad que hayan podido quedar después del primer secado. En forma general el proceso de secado conlleva los siguientes pasos:

PASO

1

Caliente el estator ubicándolo en un horno o en una estufa al vacío.

PASO

2

Si el estator está en la estufa al vacío, verifique que la bomba de vacío deje de producir condensación, en ese momento quiere decir que ya no hay humedad en el estator. Si es con estufa, manténgalo por un espacio de dos a cinco horas a una temperatura de entre 100 y 200 ºC.

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PASO

3

Después de haber calentado el estator por un tiempo prudencial u observar que la bomba de vacío ya no produce condensación, sáquelo del horno o la estufa y déjelo enfriar hasta que alcance una temperatura de 40 ºC, que es la temperatura ideal para aplicar el barniz.

1.10.2 PROCESO DE APLICACIÓN DEL BARNIZ

A

Preparación del barniz aislante

Para que un barniz aislante pueda infiltrarse hasta el fondo del bobinado que debe impregnar, debe tener una fluidez conveniente, lo que se logra diluyéndolo en un disolvente apropiado, el cual tiende a evaporarse durante el transcurso de la filtración, de la impregnación o de la exposición al aire y por cuya causa debe ser renovado a medida que sea necesario. Para conocer la cantidad de disolvente que se ha evaporado, se emplea un densímetro o un viscosímetro. El densímetro proporciona valores exactos cuando se utiliza siempre un diluyente de la misma naturaleza y de la misma densidad. Con el viscosímetro puede prescindirse de pequeñas variaciones posibles en la densidad de los materiales disolventes. Mediante tablas, formadas prácticamente puede determinarse la cantidad de disolvente que debe agregarse al barniz. Finalmente, en ésta como en las demás operaciones de aplicación de barnices, deben tenerse muy en cuenta las recomendaciones y consejos de los fabricantes. Para conocer prácticamente la concentración de un barniz, basta con pesar una pequeña cantidad (de 15 a 20 g) en una cápsula previamente tarada. Se introduce esta cápsula en la estufa y se somete a temperatura de 110 oC durante un tiempo de 8 a 10 horas. Se pesa nuevamente el barniz, después de esta operación: la pérdida de peso es la cantidad de disolvente que contenía la muestra.

La primera operación de pesado debe realizarse con gran rapidez, ya que el disolvente se evapora al aire libre. Como resulta muy difícil obtener una mezcla íntima de barniz con el disolvente, sobre todo si se trata de grandes cantidades, debe agitarse continuamente la mezcla, para lo cual se emplean cubas de paletas. Después de realizada la mezcla, se filtra el barniz cuidadosamente.

B

Barnizado

Se denomina barnizado a la aplicación del barniz aislante sobre Ios bobinados. Los procedimientos de barnizado comprenden los medios y forma de empleo de éstos y los métodos adoptados para la impregnación más completa de los materiales y elementos constructivos. A continuación, se citan los procedimientos de barnizado más utilizados actualmente: Barnizado con pincel. Su eficacia es pequeña, a causa de la escasa penetración del barniz. Este sistema solamente se emplea para el barnizado de los materiales utilizados en una reparación realizada en el mismo lugar donde se encuentra la máquina. El barniz debe aplicarse con exceso para conseguir que penetre lo más profundamente posible en la masa del bobinado. Se emplean siempre barnices secantes al aire y la operación de secado se realiza con exposición al sol, siempre que tal cosa sea posible. Barnizado por pulverización. Este procedimiento permite dar una capa uniforme de barniz y alcanzar puntos inaccesibles al pincel. Para ello se utiliza un aparato pulverizador, llamado comúnmente pistola. Por una parte, el pulverizador está unido a un depósito de barniz y por otra a una fuente de aire comprimido a una presión de 3 kg/cm2, que puede ser un compresor o una botella de aire comprimido.

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73

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El aire comprimido debe estar exento totalmente de humedad y de aceite; para ello, se emplean compresores especiales, tras de los cuales se intercala un depósito de aire para equilibrar la presión. Además debe intercalarse un separador de aceite.

La inmersión de las piezas calientes en el barniz provoca una rápida evaporación del disolvente, por lo que debe vigilarse constantemente el baño, con objeto de añadir disolvente cuando espese el barniz.

Donde no existan estas instalaciones especiales, es posible utilizar los dispositivos para uso general, intercalando una válvula de reducción de presión con presostato para que ésta se mantenga uniformemente al valor indicado de 3 kg/cm2.

En la figura 66 se representa un tipo de sistema perfeccionado al que se le denomina baño alto porque la cubeta de inmersión está situada a mayor altura que el depósito de barniz, también existe el de baño bajo, ya que la cubeta de inmersión está a menor altura que el depósito.

La conducción del barniz a la boquilla del pulverizador se efectúa a una presión adicional de 0,2 a 1,5 kg/ cm2, según la fluidez del barniz. Para los trabajos en serie, en los que se emplea gran cantidad de barniz, el pulverizador puede alimentarse por circulación; en este caso, el barniz circula en circuito cerrado desde el depósito de barniz a la boquilla.

A medida que va siendo necesario la instalación se completa con un canal en rampa por el que se va añadiendo el disolvente necesario a medida que se espesa el barniz de la cubeta. Los recipientes de barniz están construidos de plancha de acero y deben estar provistos de tapa para disminuir, en lo que sea posible, la evaporación de las sustancias disolventes.

De esta manera, la proporción de la mezcla se mantiene constante y el barniz puede filtrarse continuamente. El sistema de alimentación por circulación requiere aparatos pulverizadores especiales. Aunque el procedimiento de barnizado por pulverización es mucho mejor que el barnizado con pincel, no debería emplearse más que aplicar barnices de recubrimiento y de protección y no barnices de impregnación, para cuya aplicación existen otros procedimientos que se explican a continuación. Barnizado por inmersión. En este procedimiento, los bobinados, previamente secados y aún calientes (unos 80 ºC), se sumergen en un baño de barniz y se mueven en todos sentidos para que el aire aprisionado pueda escapar en forma de burbujas, que suben a la superficie del barniz. Cuando las piezas son muy voluminosas, el barnizado se realiza por inmersiones parciales, dando tiempo en cada una de ellas para que el aire ocluido pueda desprenderse totalmente. Cuando se ha conseguido la impregnación y se ha eliminado totalmente el aire ocluido, se retiran los bobinados y se les deja gotear antes de pasar a la estufa de secado.

74

Figura 66 Impregnación por inmersión baño alto 1. Depósito de barniz; 2. Bomba; 3. Cuba de impregnación; 4. Filtro; 5. Canal de rampa para disolvente.

Este procedimiento de aplicación de barnices aislantes es adecuado, sobre todo, para los barnices de impregnación, reservándose, como se ha dicho anteriormente, la aplicación por pulverización para los barnices de recubrimiento. Barnizado en vacío y a presión. Este procedimiento es cada vez más empleado ya que con su empleo se obtienen las siguientes ventajas:

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a) La inyección a fondo del barniz aislante. b) La total compacidad del bloque impregnado. c) La desaparición de toda traza de humedad, aun en las capas más profundas. d) La eliminación total del aire ocluido. Teniendo en cuenta estas ventajas, con este sistema de barnizado se obtienen los siguientes favorables efectos: a) La mejor calidad del aislamiento. b) La permanencia de este aislamiento. c) La solidez del bloque inyectado y, por consiguiente, su resistencia a choques, vibraciones y esfuerzos electrodinámicos. d) La insensibilidad a los agentes químicos exteriores. Por lo general, una instalación de barnizado en vacío y a presión comprende también dispositivos para el secado previo y el posterior del bobinado. Impregnación de bobinados de hilos esmaltados. Cuando los bobinados están constituidos por hilos esmaltados, su impregnación mediante barnices aislantes presenta ciertos problemas, que vamos a estudiar seguidamente. Se debe recordar que existen hilos con esmalte al aceite e hilos con esmalte de resinas sintéticas. El problema general está en que el esmalte que recubre los tubos deben tener un alargamiento igual al de los hilos que recubren; por esta causa, el esmalte no debe quedar completamente endurecido durante el esmaltado del hilo. De donde resulta que, si no se adoptan precauciones especiales, durante el secado posterior a la impregnación, el esmalte se reblandece cuando se alcanza una temperatura de unos 120 ºC y se disuelve parcialmente en o con los disolventes del barniz aislante. Por consiguiente, resulta conveniente que, antes de la impregnación, se proceda al endurecimiento del esmalte de los hilos con objeto de hacer inatacable el esmalte a la acción de los disolventes. Si tal cosa no es posible, deberán utilizarse barnices aislantes a base de resinas sintéticas con elevado contenido sólido (es decir, muy viscosos) y disolvente suaves

que, por polimerización térmica, secan total y homogéneamente, en un tiempo adecuado, incluso con fuertes acumulaciones de barniz y que se ablandan por el calor de servicio. Para la impregnación de hilos esmaltados con barnices aislantes al aceite deberán utilizarse, exclusivamente, los que estén designados por el fabricante con la indicación de que pueden emplearse para bobinados de hilos esmaltados. Impregnación de bobinados con barnices aislantes de silicona: se pretende impregnar un bobinado con un barniz aislante constituido a base de resinas de silicona, se comienza por calentar el bobinado hasta la eliminación completa de la humedad y, después, mientras el bobinado todavía está caliente, se impregna bajo vacío y a presión. Posteriormente, se expulsa el barniz sobrante y el bobinado se seca bajo vacío o a 100 ºC durante una hora, para eliminar el disolvente, y a continuación se somete a una temperatura de unos 200 ºC, durante algunas horas. En la figura 67 se muestra un esquema de la instalación y secado al vacío de barnices.

5 3 2 1 9 6 Entrada de agua

7

8

Figura 67 Impregnación y secado al vacío 1. Depósito de barniz. 2. Tubería para el paso de barniz a la estufa. 3. Llave de paso de la tubería de barniz 4. Estufa o autoclave de impregnación. 5. Tubo para poner la estufa a la presión atmosférica. 6. Condensador. 7. Bomba de vacío. 8. Dispositivo desaceitador. 9. Cuadro de mando.

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Aplicación del barniz Después de verificado eléctricamente el bobinado, se pasa a impregnarlo con barnices aislantes. Sin esta aplicación el tiempo de vida de un bobinado sería muy corto, además de que un devanado sin impregnación sería muy vulnerable a la acción de los químicos. Para proteger mejor y alargar la vida de un bobinado es necesario, secarlo e impregnarlo con barnices aislantes, lo que permite: • Eliminar la humedad existente en el devanado. • Mejorar el aislamiento entre los conductores y entre estos y las partes metálicas. • Formar, sobre la superficie del bobinado una capa protectora. • Fijar los conductores en una masa sólida que no se mueva y no vibre.

Este consta de las siguientes partes: • Eliminación de la humedad • Impregnación • Escurrimiento necesario para evitar una acumulación de barniz. • Conformación de la dura capa protectora sobre la superficie del embobinado. y

conservación

de

los

Los barnices están constitutitos de una “base” que es la parte esencial y que puede ser una resina natural o sintética a la cual se le agrega para diluirla, un solvente como alcohol, gasolina, thinner, etc. Cada barniz tiene su consistencia propia. Si se le deja con excesiva fluidez, penetrará fácilmente pero la capa protectora será demasiada delgada. Por otro lado si se deja muy denso penetra muy difícilmente dentro del bobinado.

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Aplicación del barniz Habiendo ya calentado el estator y constatando de que ya no existe humedad en el mismo, proceda a realizar los siguiente pasos para la aplicación del barniz.

PASO

1

Impregnación. A fin de evitar la penetración de la humedad, después del calentamiento previo, impregne el embobinado, la temperatura más favorable para la aplicación del barniz es de 40 ºC. Las diferentes maneras de realizar la impregnación son:

Método general de aplicación del barniz

Constitución barnices

A fin de evitar cualquier modificación química durante el almacenamiento, los barnices tienen que ser conservados en recipientes bien cerrados y en locales cuya temperatura sea alrededor de los 15 ºC.

• Con brocha. Este proceso consiste en la aplicación del barniz sobre el devanado por medio de una brocha. La operación debe repetirla tantas veces como sea necesario, hasta lograr un buen barnizado. • Con riego. Se vacía el barniz sobre el devanado con un recipiente de manera que pase cubriendo el embobinado, y el sobrante se recupera en otro recipiente, puesto por debajo del motor, para ser empleado varias veces. Le da vuelta a la máquina en todos los sentidos para favorecer la penetración del barniz. • Por inmersión. Este proceso es el más completo. Los estatores son sumergidos en el barniz puestos en un recipiente (también en este caso se aconseja dar vuelta a la máquina en todos los sentidos) Las burbujas de aire que salen del embobinado indican la penetración del barniz y le permiten determinar cuándo finalizar la impregnación.

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PASO

B

2

Escurrimiento. Deje escurrir las máquinas impregnadas a una temperatura ambiente de 20 ºC. Se le aconseja darle vuelta a la máquina en todos los sentidos para facilitar el escurrimiento del excedente del barniz.

PASO

3

Evaporación del solvente. El solvente retenido en el interior del bobinado podrá perjudicar el aislamiento del mismo. Es necesario que elimine el solvente antes de que el barniz se vuelva una capa protectora. La operación tiene que ejecutarla, si es posible en un lugar, donde haya mínimo oxigeno (por ejemplo en el horno a temperatura ambiente con las aberturas para la ventilación cerradas) y tiene una duración de aproximadamente una hora.

PASO

4

Formación de la dura capa protectora. Según el tipo de barniz empleado, déjelo secar al aire o en el horno de la máquina. En el caso de secado al horno, el tiempo y la temperatura necesaria para esta operación dependerá del tipo de barniz empleado. Al finalizar el secado del barniz, saque el motor del horno (teniendo cuidado de no quemarse) y déjelo enfriar, después limpie el enchapado hasta dejarlo libre del barniz.

1.10.3 MEDIDAS DE SEGURIDAD

A

Guantes

Debido a los compuestos químicos de los barnices y a las altas temperaturas de los motores, es necesario que en toda operación utilice guantes, para proteger sus manos de los químicos o de las altas temperaturas a las que se encuentran los hornos, para evitarse quemaduras.

Mascarilla

Las emanaciones de vapores químicos que producen los barnices, al momento de aplicarlos o manejarlos son perjudiciales para la salud, siendo necesario que tenga puesta una mascarilla, para evitar inhalarlos y que ello pueda producir en el organismo nauseas o dolor de cabeza. Evite el fumar o que haya fuego donde aplique los barnices ya que algunos gases emitidos pueden ser altamente inflamables.

C

Overol

Regularmente al aplicar los barnices siempre más de alguna pequeña cantidad salta a la ropa, es por ello necesario tener un overol o ropa adecuada la cual le proteja.

1.10.4 PROTECCIÓN AMBIENTAL

A

Manejo de químicos

Como se indicó con anterioridad, se debe tener un recipiente adecuado para el manejo y utilización de los barnices, así como para su almacenaje.

B

Ambiente limpio

El barniz como todo químico al momento de ser derramado puede ocasionar que el lugar se vuelva liso y deslizante, por ello se debe mantener limpio el lugar de trabajo y si se derramó algo, limpiarlo inmediatamente, antes de que pueda causar un accidente.

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Mis apuntes

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Actividades

Instrucciones: Con la ayuda y orientación del (de la) facilitador (a) y la consulta de los contenidos estudiados, realice las siguientes actividades. 1

Métodos de bobinados Con sus compañeros de estudio formen un grupo de 5 personas, localicen un taller donde se reparen motores eléctricos y solicítele al encargado del taller, un día y una hora para realizar una visita técnica. En el lugar observe y tome nota del tipo y características del equipo y herramienta con el que cuentan y seguidamente pregúntenle al encargado los métodos de bobinados más comúnmente utilizados en los motores de inducción, tome nota y presente un informe por escrito y de una exposición ante sus demás compañeros.

2

Usos y aplicaciones de motores asíncronos de inducción Con sus compañeros de estudio formen un grupo de 5 personas, diríjanse a la biblioteca más cercana que encuentren e investiguen los usos y aplicaciones más frecuentes de los motores asíncronos de inducción, elaboren un resumen de lo más importante, anótenlo en una hoja de rotafolio y péguenlo en un lugar visible en el aula o taller donde se realiza la capacitación.

3

Clasificación y sistemas de bobinados Marque una F entre los paréntesis situados al final de cada proposición si ésta es falsa o una V si es verdadera. Compare sus respuestas con el contenido de la unidad. 1. En el bobinado del tipo corona las bobinas son iguales, se cruzan y son cerradas 2. El bobinado del tipo imbricado las bobinas son iguales y no se cruzan 3. El bobinado ondulado concéntrico, sus bobinas se cruzan y son abiertas 4. El bobinado del tipo ondulado imbricado las bobinas son iguales y no se cruzan 5. De acuerdo al número de bobinas que alberga una ranura se clasifican como tipo de dos planos o tres planos

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( ( ( (

) ) ) )

(

)

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4

Representación circular y lineal de bobinados En forma individual, obtenga un motor asíncrono monofásico bueno o en mal estado, extraiga el rotor y observe la forma de los bobinados que se encuentran en el estator. Realice un dibujo en forma circular y otro en forma lineal que representen cómo están constituidos los bobinados y presénteselos a su facilitador del curso.

5

Partes del motor En el lado izquierdo se le da una descripción de una de las partes que conforman el motor de inducción, las cuales se encuentran enumeradas en la parte inferior. En el paréntesis que se encuentra al lado derecho usted debe poner el número que corresponde a la descripción que se le da. Es la parte inmóvil del motor Es la parte que realiza el movimiento del motor Es la parte fundamental del motor y que permite su perfecto funcionamiento Es el lugar donde van incrustados los bobinados del motor 1. Ranura 4. Bobinado

6

2. Rotor 5. Enchapado

( ( ( (

) ) ) )

3. Estator

Medidas de seguridad Al realizar el trabajo práctico de aplicación de barniz, usted habrá estudiado las medidas de seguridad que se deben de tener o que se deben aplicar para evitar accidentes, así como de protección ambiental. Elabore un listado de las medidas de seguridad que considere en base a su experiencia o prácticas realizadas, que deben observarse durante el trabajo de bobinado de motores eléctricos.

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Resumen En todo motor asíncrono una de las partes esenciales son sus bobinados, pues al circular una corriente eléctrica a través de ellos se producen los campos magnéticos que harán que el motor se mueva. Estos bobinados están compuestos de dos partes, el lado activo que es el que produce el campo magnético que actuará con el rotor y la cabeza que también es parte de la bobina pero que no produce mayor efecto en el motor. Todo motor asíncrono puede ser bobinado ya sea en una capa o a doble capa, esto quiere decir que en la ranura donde va el bobinado puede ir un solo bobinado, en este caso sería un bobinado de una capa, o podrían ir dos bobinados, en el que será de doble capa. Los bobinados se clasifican en Concéntrico, imbricado, ondulado concéntrico y ondulado imbricado. Al momento de realizar un bobinado es necesario realizar un plano de cómo está hecho y de cómo se va a realizar el mismo, de esa cuenta existen dos formas de realizar la representación, en forma lineal o plana y en forma circular o frontal. Después de conocer la forma en que se va a representar el bobinado del motor, debe conocer el número de polos y el número de bobinas y calcular algunos datos para realizar el nuevo bobinado. Para el motor monofásico de fase partida este procedimiento de cálculo se realiza en dos reglas, en contar el número de espiras y en determinar la nueva sección del conductor a utilizar. Para el motor trifásico asíncrono debe de conocer el número de polos, de bobinas, de bobinas por fase y de grupos de bobinas. La conductividad eléctrica es una característica propia de todo material conductor, al igual que la resistividad eléctrica. La primera indica qué tan fácilmente puede fluir una corriente eléctrica por dicho material y la segunda qué tanta oposición presenta dicho material al paso de una corriente eléctrica. Un dato que debe tener presente es que la conductividad y la resistencia eléctrica varían con la temperatura a la que está expuesta el conductor. Para aprovechar el espacio de la ranura en el estator del motor asíncrono, los constructores adoptan formas de sección, estos conductores básicamente se dividen en hilos, cables y pletinas. Los hilos son de sección circular y son los más utilizados en los arrollamientos con varias espiras por bobina. Los cables se utilizan cuando la potencia del motor o generador es alta, utilizándose cables de cobre o aluminio según se requiera. Las pletinas son barras que se utilizan como conductores de bobinados en las máquinas de gran potencia, en donde circularán unas altas corrientes. Al sustituir un conductor y no encontrarse puede emplear un calibre de una sección equivalente para lo que se usan dos conductores en paralelo de un calibre menor.

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Al ubicar las bobinas en las ranuras del estator, deben de ponerse sobre un material aislante el que evitará que se haga un o directo de la bobina con el estator por medio de la ranura. Para ello se pueden utilizar materiales de origen natural como el papel, algodón, parafinas, etc., o materiales inorgánicos como el vidrio, porcelana, cerámicas, etc., o de tipo sintético como el silicón. Deberá tener presente que también a los aislantes les afecta las altas temperaturas, o las temperaturas diferentes para las cuales no han sido diseñados, lo que le hace perder rápidamente sus características. Otros factores que afectan las características de los materiales aislantes son las vibraciones mecánicas, las dilataciones y contracciones, así como los esfuerzos debidos a la fuerza centrífuga. Los materiales aislantes comúnmente usados actualmente para el aislamiento de bobinas son el Mylar, Dacrón Mylar, el papel y otros. Entre las características que debe tener un buen material aislante están sus características dieléctricas, su capacidad de absorción de la humedad, su comportamiento químico. Dentro de algunos aspectos a considerar están: La constante dieléctrica, su rigidez dieléctrica y su factor de pérdidas. En la realización del bobinado para un motor asíncrono, existen diferentes tipos de aislamientos que se deben conocer y tener en cuenta, estos son el aislamiento de conductores, el aislamiento entre los diversos elementos de arrollamiento de una bobina, es decir, entre las espiras, el aislamiento propio de la bobina, el aislamiento entre los dos lados de bobinas distintas situadas en una misma ranura, el aislamiento de la ranura, la impregnación y recubrimiento de todo el bobinado para aumentar sus propiedades dieléctricas. En el aislamiento de los conductores para bobinados también se emplean esmaltes diversos, a lo que se le denomina hilo esmaltado. Este hilo esmaltado, tiene una capa de barniz aislante que sustituye el recubrimiento de algodón, seda y otro material aislante. Para el aislamiento de pletinas también se utilizan los esmaltes, además de diversos materiales textiles como la cinta de algodón impregnada, la cinta de seda natural o la cinta de rayón. Para el aislamiento entre bobinas y ranuras de un bobinado, existe un espesor mínimo, el cual está dado en tablas de acuerdo a la potencia nominal en kilovoltios de la máquina, así como el espesor mínimo de aislamiento de ranuras para bobinados. La temperatura es un factor importante para determinar el tipo de aislamiento a utilizar. De acuerdo a la temperatura los materiales aislantes se clasifican en distintas clases térmicas. En el proceso de aislamiento debe tener presente las medidas de la ranura, su longitud, ancho y profundidad, considerando las correcciones correspondientes, después de lo cual debe realizar el corte de los aislamientos. Para la realización de las cuñas, teniendo la longitud de la ranura súmele 8 mm para tener la longitud total, luego mida la distancia entre dientes y multiplíquela por 3, para obtener el ancho total de la cuña después de lo cual puede cortarlas. Para mejorar las propiedades dieléctricas de los bobinados, estos se impregnan y se recubren de

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sustancias especiales los cuales se conocen como barnices, los que están divididos en dos grandes grupos, barnices de impregnación y barnices de recubrimiento también llamados de protección. Para determinar qué barniz se utilizará en la impregnación del bobinado, se debe conocer las características del mismo, tales como su poder de penetración, su elasticidad, su resistencia, la rigidez dieléctrica, su resistencia al calor, su propiedad de aglutinación, su higroscopicidad, su propiedad de secado y su resistencia a la fuerza centrifuga entre otros. Para una correcta aplicación de los barnices aislantes debe primeramente haber secado los bobinados sin impregnar y luego preparar el barniz aislante, realizar el barnizado y finalmente el secado de los bobinados impregnados. Para la aplicación del barniz se debe eliminar totalmente la humedad, después de ello se procede a la impregnación para lo cual existen diferentes métodos a utilizar. En toda actividad deberá tener presente tomar siempre las medidas de seguridad correspondientes, esto es utilizar el equipo protector según el caso, ya sea guantes, mascarilla, lentes, ropa protectora, overol. Además de mantener en orden las herramientas y el equipo con que trabaja. La protección ambiental es otro factor que debemos considerar en todo momento, pues el ambiente pertenece a todos y un ambiente contaminado es perjudicial para uno mismo. En este sentido deberá saber manipular y guardar los agentes químicos que utilice tal es el caso de los barnices. Antes de aplicar el barniz correspondiente, deberá secar el motor, para evitar que cualquier tipo de humedad evite una buena impregnación. Para el proceso de secado inicialmente se debe calentar el estator, ubicando el mismo en un horno o en una estufa al vacío, si está en el horno, verifique que la bomba de vacío deje de producir condensación, en ese momento indica que ya no hay humedad y si es con estufa, manténgalo por un espacio de dos a cinco horas a una temperatura de entre 100 a 200 ºC. Después de haber calentado el estator, el paso siguiente es la impregnación, considerándose que la temperatura más favorable es la de 40 ºC. Para impregnar el estator se puede realizar con brocha, por medio de riego, por inmersión, por escurrimiento. Después de la impregnación, déjelo secar al aire libre o en el horno.

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Evaluación

Instrucciones: A continuación encontrará una serie de enunciados con cuatro opciones de respuesta, subraye la correcta de acuerdo a los contenidos estudiados. 1.

Si en la ranura del estator de un motor encuentra dos lados activos de bobina, entonces el motor es del tipo a: A) Una capa B) Dos capas C) Tres capas D) Cuatro capas

2.

Para el aislamiento de pletinas se utiliza: A) Esmalte B) Cinta C) Algodón D) Seda

3.

Parte de la bobina que se encuentra en las ranuras: A) Cabeza B) Lado activo C) Lado no activo D) Punta de bobina

4.

Tipo de bobinado en el que las bobinas son iguales y no se cruzan o son cerradas internas las unas con las otras: A) Ondulado B) Imbricado C) Concéntrico D) A corona

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5.

Formas de sección más utilizada para realizar los arrollamientos: A) Alambres B) Hilos C) Pletinas D) Conductores

6.

Clasificación de los bobinados que considera el número de bobinas en una ranura, bobinas: A) Solapadas B) A una capa C) De paso constante D) En dos planos

7.

Un conductor eléctrico debe tener una alta: A) Conductividad eléctrica B) Conductividad térmica C) Resistividad D) Resistencia

8.

El hilo esmaltado se utiliza como aislante de conductor de: A) Barniz B) Algodón C) Seda D) Caucho

9.

Conductor de bobina que es utilizado en máquinas de gran potencia: A) Hilos B) Cables C) Pletinas D) Alambres

10. El límite de temperatura en el aislante clase A es:_____________oC. A) 90 B) 105 C) 120 D) 130

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11. Como aislante de ranuras que trabajan a temperaturas máximas de 130 ºC se utiliza: A) Fibra de vidrio B) Barniz C) Algodón D) Seda 12. Es la propiedad del barniz que indica su tendencia a itir la humedad: A) Higroscopicidad B) Propiedad de secado C) Fuerza centrifuga D) Aglutinación 13. Tipo de resina vegetal, el: A) Termoplástico B) Termofraguante C) Ámbar D) Fenólico 14. El secado de los bobinados se realiza por: A) Aire B) Aplicación de calor C) Vacío D) Inmersión 15. Proceso de barnizado en donde los bobinados se sumergen en un baño de barniz: A) Por pulverización B) Con pincel C) Con compresor D) Por inmersión

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UNIDAD

2

Rebobinado de motores eléctricos monofásicos y trifásicos de inducción •

Preparar tipos de moldes y aislantes, según las características del motor de inducción a reparar, de acuerdo a especificaciones técnicas.

•

Rebobinar motores monofásicos de fase partida, de acuerdo a especificaciones técnicas.

•

Rebobinar motores trifásicos asíncronos de jaula de ardilla, de acuerdo a especificaciones técnicas.

•

Realizar pruebas de funcionamiento en motores eléctricos monofásicos y trifásicos, de acuerdo a especificaciones técnicas.

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2.

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Tal como se ha expresado anteriormente, los motores de inducción del tipo de jaula de ardilla, sean estos monofásicos o trifásicos, tienen una alta demanda en nuestro medio, pues son ampliamente utilizados en la industria, el comercio y el hogar por su versatilidad y su precio comparativamente aceptable, razón por la cual es importante que usted conozca y sepa determinar las principales fallas que pueden presentar este tipo de motores, cómo detectarlas y mejor aún cómo repararlas.

2.1.1

DEFINICIÓN

El motor de fase partida es un motor de corriente alterna de potencia equivalente a una fracción de caballo, que se emplea para accionar aparatos como lavadoras, quemadores de aceites pesados, pequeñas bombas, etc., consta de cuatro partes principales, que son: 1 una parte giratoria, llamada rotor; 2 una parte fija, llamada estator; 3 dos escudos o placas terminales, sujetos a la carcasa del estator mediante tomillos o pernos; y 4 un interruptor centrífugo dispuesto en el interior del motor.

Debe tener presente que todo tiempo perdido sin haberlo previsto para darle mantenimiento o reparar un motor es mucho más costoso que aquel que se programa, de ahí la importancia de determinar las causas que ocasionan que un motor falle y de poderle dar su mantenimiento respectivo programando dicha actividad.

2.1

MOTOR DE FASE PARTIDA

Los motores monofásicos son muy utilizados en nuestro medio principalmente en electrodomésticos y en aquellos lugares donde exista una fuente de alimentación monofásica, es decir una alimentación de 120 voltios. Esta característica de los motores de inducción monofásicos hace que su demanda sea alta y por consiguiente la demanda para su mantenimiento y reparación también, es por ello de vital importancia que conozca su funcionamiento, y principalmente la manera de efectuar su reparación.

88

Figura 68 Motor de fase partida

En la figura 68 puede verse el aspecto exterior de un motor de fase partida. Este motor se conecta normalmente a una red monofásica de alumbrado o de fuerza, y se utiliza cuando el par de arranque necesario es moderado. La National Electrical Manufacturers Association (NEMA) define el motor de fase partida como “un motor de inducción monofásico provisto de un arrollamiento auxiliar desplazado magnéticamente respecto al arrollamiento principal y conectado en paralelo con este último”.

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2.1.2

PARTES DEL MOTOR

Para realizar un buen mantenimiento o reparación de un motor de inducción monofásico de fase partida, es fundamental conocer cada una de las partes que lo conforman, de cómo está armado y en dónde están ubicadas dichas partes. Es por esta razón que en este primer tema se empezará haciendo una descripción de las mismas.

A

Rotor

El rotor (vea la figura 69) se compone de tres partes fundamentales. La primera de ellas es el núcleo, formado por un paquete de láminas o chapas de hierro de elevada calidad magnética. La segunda es el eje, sobre el cual va ajustado a presión el paquete de chapas.

arrollamientos de hilo de cobre aislado, alojados en las ranuras y llamados respectivamente arrollamiento principal o de trabajo y arrollamiento auxiliar o de arranque. En figura 70 se muestra el aspecto exterior de un estator y la figura 71 muestra el esquema de ambos arrollamientos. En el instante del arranque están conectados uno y otro a la red de alimentación; sin embargo, cuando la velocidad del motor alcanza un valor prefijado el arrollamiento de arranque es desconectado automáticamente de la red por medio de un interruptor centrífugo montado en el interior del motor.

La tercera es el arrollamiento llamado “de jaula de ardilla”, que consiste en una serie de barras de cobre de gran sección, alojadas en sendas ranuras axiales practicadas en la periferia del núcleo y unidas en cortocircuito mediante dos gruesos aros de cobre, situados uno a cada extremo del núcleo. En la mayoría de los motores de fase partida el arrollamiento rotórico es de aluminio y está fundido de una sola pieza. El rotor que aparece en la figura 69 es de este tipo.

Figura 70 Estator

Régimen Figura 69 Rotor

A la red Arranque

B

Estator

El estator se compone de un núcleo de chapas de acero con ranuras semicerradas, de una pesada carcasa de acero o de fundición dentro de la cual está introducido a presión el núcleo de chapas, y de dos

Int. centrífuga

Figura 71 Esquema de los arrollamientos

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C

Escudos o placas

Los escudos o placas terminales, de los cuales se muestra uno en la figura 72, están fijados a la carcasa del estator por medio de tornillos o pernos, su misión principal es mantener el eje del rotor en posición invariable. Cada escudo tiene un orificio central previsto para alojar el cojinete, ya sea de bolas o de deslizamiento, donde descansa el extremo correspondiente del eje rotórico.

Los utilizados en los motores son del tipo electrolítico, estos están diseñados para prestar servicio únicamente en forma intermitente y de un breve tiempo de duración. Comparando un motor de fase partida de igual tamaño con uno con condensador, este último posee un par de arranque más grande y absorbe una corriente de arranque más pequeña.

Los dos cojinetes cumplen las funciones de sostener el peso del rotor, manteniéndolo exactamente centrado en el interior del estator, y permitir el giro del rotor con la mínima fricción, evitando que el rotor llegue a rozar con el estator. Figura 73 Condensadores electrolíticos

E

Otros

Otros elementos que forman parte del motor de fase partida son los concernientes a los del interruptor centrífugo, el cual ayuda a que una parte del motor únicamente trabaje en el momento del arranque y luego sea desconectado por medio de este interruptor. A continuación se describe su funcionamiento. 1) Interruptor centrífugo

Figura 72 Carcasa del estator

D

El tipo más corriente consta de dos partes principales, una fija (mostrada en la figura 74) y otra giratoria.

Condensador

El condensador está constituido de dos folios metálicos de aluminio, separados por una o varias láminas de material aislante como por ejemplo papel o tela, constituyendo en conjunto el condensador, vea la figura 73.

88

El interruptor centrífugo va montado en el interior del motor. Su misión es desconectar el arrollamiento de arranque en cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada.

La parte fija está situada por lo general en la cara interior del escudo frontal del motor y lleva dos os, por lo que su funcionamiento es análogo al de un interruptor unipolar.

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os

Arrollamiento de régimen

Horquilla de presión os

Placa de bornes Figura 74 Interruptor centrífugo

Cuando el rotor alcanza aproximadamente el 75 % de su velocidad de régimen, la parte giratoria cesa de presionar sobre dichos os y permite por tanto que se separen, con lo que el arrollamiento de arranque queda automáticamente desconectado de la red de alimentación.

2.1.3

Arrollamiento de arranque

Observe los bornes de conección a la red, montados sobre la placa

En algunos motores modernos la parte fija del interruptor está montada en el interior del cuerpo del estator. La parte giratoria va dispuesta sobre el rotor. El funcionamiento de un interruptor centrífugo es el siguiente: mientras el rotor está en reposo o girando a poca velocidad, la presión ejercida por la parte móvil del interruptor mantiene estrechamente cerrados los dos os de la parte fija.

Un polo

Ranura

Figura 75 Arrollamientos del motor de jaula de ardilla

El arrollamiento de jaula de ardilla se compone de una serie de barras de cobre de gran sección, que van alojadas dentro de las ranuras del paquete de chapas rotóricas; dichas barras están soldadas en ambos extremos a gruesos aros de cobre que las cierran, cortocircuitándolas. La mayoría de los motores de fase partida llevan un arrollamiento rotórico con barras y aros de aluminio fundido, de una sola pieza (vea la figura 76)

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE FASE PARTIDA

El motor de fase partida está generalmente provisto de tres arrollamientos independientes, todos ellos necesarios para el correcto funcionamiento del mismo. Uno de éstos se halla en el rotor, y se designa con el nombre de arrollamiento de jaula de ardilla. Los otros dos se hallan en el estator, dispuestos como indica la figura 75, cada uno está subdividido en cuatro secciones que forman los polos magnéticos.

Figura 76 Rotor de barras

2.1.4

BOBINADO DE MOTORES DE FASE PARTIDA

Básicamente Los arrollamientos estatóricos que se realizan en el motor son los siguientes:

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A

De marcha

También se le nombra como arrollamiento de trabajo o principal, está hecho a base de conductor de cobre grueso aislado, dispuesto generalmente en el fondo de las ranuras estatóricas.

B

De arranque

Se le conoce también con el nombre de arrollamiento de arranque o auxiliar, hecho a base de conductor de cobre fino aislado, situado normalmente encima del arrollamiento de trabajo. Ambos arrollamientos están unidos en paralelo, en el momento del arranque uno y otro se hallan conectados a la red de alimentación como muestra la figura 77. Cuando el motor ha alcanzado aproximadamente el 75 % de su velocidad de régimen el interruptor centrífugo se abre y deja fuera de servicio el arrollamiento de arranque, entonces el motor sigue funcionando únicamente con el arrollamiento de trabajo o principal. A la red

Régimen

A la red

Arranque A la red

Régimen Arranque

A la red

Int. centríf. os cerrados durante el arranque (a)

Int. centríf. Los os se abren al llegar al 75% de la velocidad de régimen (b)

Figura 77 Conexiones del interruptor centrífugo

Durante la fase de arranque las corrientes que circulan por ambos arrollamientos crean un campo magnético giratorio en el interior del motor. Este campo giratorio induce corrientes en el arrollamiento rotórico, las cuales generan a su vez otro campo magnético. Ambos campos magnéticos reaccionan entre sí y determinan el giro del rotor.

90

El arrollamiento de arranque sólo es necesario para poner en marcha el motor es decir, para engendrar el campo giratorio. Una vez conseguido el arranque del motor ya no se necesita más el arrollamiento de arranque y por ello es desconectado de la red con auxilio del interruptor centrífugo.

2.2

DIAGNÓSTICO DE FALLAS EN MOTORES DE FASE PARTIDA

Cuando un motor deja de funcionar correctamente conviene seguir una norma definida para determinar las reparaciones que exige su nueva puesta en marcha. Esta norma consiste en la ejecución de una serie de pruebas y ensayos que se efectúan con el objeto de descubrir la clase exacta de avería que sufre el motor. Tales pruebas le dan a conocer rápidamente al operario especializado si las reparaciones son de poca importancia, como por ejemplo sustituir los cojinetes, el interruptor o las conexiones, o bien más importantes como por ejemplo un rebobinado parcial o total.

2.2.1

PRUEBAS A EJECUTAR

Al poner en operación por primera vez un motor debe realizar un análisis previo para verificar el estado del mismo, estos pasos a seguir son:

PASO

1

Inspeccione visualmente el motor con objeto de descubrir averías de índole mecánicas (escudos resquebrajados o rotos, eje torcido, conexiones interrumpidas o quemadas, etc.)

PASO

2

Compruebe si los cojinetes se hallan en buen estado. Para ello intente mover el eje hacia arriba y hacia abajo dentro de cada cojinete (vea la figura 78)

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PASO MOTOR

3

Verifique si algún punto de los arrollamientos de cobre está en o, por defecto del aislamiento, con los núcleos de hierro estatórico o rotórico. Esta operación se llama prueba de tierra o de masa y se efectúa mediante una lámpara de prueba (vea las figuras 81 a y b) Arrollamiento Núcleo de chapas

Figura 78 Movimiento del eje

Todo movimiento en estos sentidos indica que el juego es excesivo o sea que el cojinete está desgastado. Seguidamente impulse el rotor con la mano para cerciorarse de que puede girar sin dificultad. Cualquier resistencia al giro es señal de una avería en los cojinetes, una flexión del eje o un montaje defectuoso del motor (vea las figuras 79 y 80) En tales condiciones es de esperar que se quemen los fusibles en cuanto se conecte el motor a la red.

Lámpara de 110 voltios Terminales de prueba

A la red

a

Lámpara

Régimen

Arranque

A la red

Huelgos

Int. centrífugo

b

b

Figura 81 Pruebas de tierra o de masa del bobinado

Figura 79 Fijación de la carcasa

PASO Chapas del rotor

Eje torcido

Figura 80 Chapas y eje del motor

4

Una vez comprobado que el rotor gira sin dificultad la prueba siguiente consiste en poner el motor en marcha. Para ello conecte los bornes del motor a la red de alimentación a través de un interruptor adecuado, y cierre éste por espacio de algunos segundos. Si existe algún defecto interno en el motor puede ocurrir que se quemen los fusibles que los arrollamientos humeen, que el motor gire lentamente o con ruido, o que el motor permanezca parado.

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Cualquiera de estos síntomas es indicio seguro de que existe una avería interna (por regla general, un arrollamiento quemado) Entonces es preciso desmontar los escudos y el rotor e inspeccionar más detenidamente los arrollamientos. Si alguno de ellos está francamente quemado no será difícil identificarlo por su aspecto exterior y por el olor característico que desprende.

A

Arrollamiento Núcleo de chapas

Lámpara de 110 voltios

A la red

os a masa

Se dice que un arrollamiento está “a tierra” o en o a masa cuando existe un o eléctrico entre uno o más de dos puntos del mismo y el hierro (carcasa) del estator. Las tierras pueden ser provocadas por diferentes causas, de las cuales las más frecuentes son:

Terminales de prueba

a

Lámpara

Régimen

A la red

1. Los pernos que sujetan los escudos del motor a la carcasa tocan el arrollamiento porque las cabezas de bobina de éste sobresalen excesivamente de las ranuras. 2. Algunas espiras del arrollamiento hacen o con las planchas del núcleo en las aristas de las ranuras porque el aislamiento de las ranuras se ha desplazado, resquebrajado o desgarrado durante el proceso de bobinado. 3. El interruptor centrífugo hace o con el escudo donde está montado. Para detectar posibles os a masa en un arrollamiento, utilice una lámpara de prueba y conecte uno de los terminales al arrollamiento en cuestión, mientras con el otro toque el núcleo del estator o la carcasa del motor (vea las figuras 82 a y b) Si la lámpara se enciende es que hay o a masa.

92

Arranque

Int. centrífugo

b

b

Figura 82 Prueba con lámpara de falla a tierra

Al detectar la existencia de un o a masa, procure localizarlo visualmente, inspeccionando detalladamente el arrollamiento para ver si alguna espira toca el núcleo. Si no nota nada anormal, conecte la lámpara de prueba de la manera indicada e intente mover las espiras del arrollamiento hacia uno y otro lado, observando al propio tiempo si la luz de la lámpara se apaga bruscamente y vuelve a encender. Una oscilación de este tipo indica evidentemente que el o a masa ha sido interrumpido momentáneamente por el movimiento de vaivén. En tales casos suelen observarse chispas en el punto defectuoso.

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Si esta prueba tampoco permite localizar la avería, deberá deshacer los empalmes entre los terminales de los polos y comprobar cada polo por separado hasta identificar el que tiene el defecto. Una vez hallado este polo y localizado el punto defectuoso se eliminará el o disponiendo un aislamiento nuevo o bien efectuando el bobinado completo. A veces es necesario deshacer todo el polo y volver a arrollarlo con mayor cuidado.

B

Para localizar el punto de interrupción, es decir el polo defectuoso, conecte un terminal de la lámpara de prueba a un extremo del arrollamiento y tocando separadamente con el otro terminal las respectivas salidas de cada polo (puntos 1, 2, 3 y 4 de la figura 85)

Lámpara

1 Términal de prueba

2

Rotura

A la red

3

4

Interrupciones

La causa más corriente de una avería de esta índole en un motor de fase partida es el mal estado de una unión (os flojos o sucios) o la rotura de un conductor (en el arrollamiento principal, en el auxiliar o en el interruptor centrífugo) Para detectar la existencia de una interrupción en el arrollamiento principal, conecte sus terminales a los de la lámpara de prueba, como muestra la figura 83.

Lámpara A la red Términal de prueba

Figura 83 Prueba de los bobinados

Si la lámpara se enciende el arrollamiento no está interrumpido, si por el contrario la lámpara no enciende es señal evidente de que existe un punto de interrupción (vea la figura 84)

Lámpara A la red Términal de prueba

Interrupción

Figura 85 Prueba de los polos

Si la lámpara no enciende cuando toca el punto 1, el defecto se halla en el primer polo, si la lámpara se enciende cuando se toca el punto 1, pero no cuando se toca el punto 2, el defecto está localizado en el segundo polo; si la lámpara se enciende cuando se tocan los puntos 1 y 2, pero no cuando se toca el punto 3, es el tercer polo el defectuoso (caso de la figura 85) Observe que entonces la lámpara tampoco se encendería al tocarse el punto 4. Una vez reparado el tercer polo, la lámpara debería encenderse cuando se toca el punto 4, de no ser así, el cuarto polo también está interrumpido y debe proceder a su reparación. Continuando de esta manera se llega a localizar la interrupción cualquiera que sea el número de polos del motor. Más difícil puede resultar la localización de una interrupción en el arrollamiento de arranque ya que el circuito del mismo incluye además el interruptor centrífugo. Este dispositivo es sin duda el más frecuente responsable de averías de este tipo. Sus partes componentes se van desgastando y ensuciando con el tiempo por lo que a la larga constituyen una unión de cierre imperfecta por otro lado, una presión insuficiente entre las partes fija y giratoria puede impedir que los os se cierren, con la consiguiente interrupción del circuito.

Figura 84 Punto abierto del bobinado

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Para detectar la existencia de una posible interrupción en un circuito de arranque (arrollamiento e interruptor centrífugo conectado en serie) desmonte el motor al cual pertenece, proceda de la manera siguiente: Conecte los terminales de la lámpara de prueba a los terminales del circuito de arranque. La lámpara no debería encenderse hasta que se cierren los dos os del interruptor ejerciendo presión sobre los mismos. Cierre los os, si al cerrar los os de la lámpara tampoco se enciende, es que existe una interrupción en el arrollamiento de arranque, en el propio interruptor o en ambos. Aplicando entonces los terminales de la lámpara directamente en los extremos del arrollamiento de arranque, se verá si el defecto radica en éste; caso de no ser así, es el interruptor el que está averiado. Entonces debe someterse a un detallado examen y procederse a la limpieza de todos sus os, así como al reajuste de la presión de la parte giratoria sobre la fija, si así conviniera. En caso de que el circuito de arranque no estuviera desmontado del motor, conecte también los terminales de la lámpara de prueba a los extremos de dicho circuito, como muestra la figura 86.

Int. centrífugo

Arranque

Régimen

Términales de prueba

Figura 86 Prueba del bobinado de arranque

94

En tal caso empuje el rotor en dirección axial, contra el escudo frontal del motor. Esto puede provocar el cierre de los os y entonces la lámpara se encenderá. Para subsanar esta anomalía, añada varias arandelas de fibra al extremo del árbol rotórico donde está montada la polea de accionamiento, a fin de que mantengan el rotor presionado hacia adelante; esto puede exigir la supresión simultánea de algunas de las arandelas existentes en el extremo frontal del árbol. En uno u otro caso conviene asegurarse de que el rotor quede bien centrado axialmente con respecto al estator. Si esta prueba demuestra que el defecto no radica en el interruptor centrífugo, es evidente que se halla en el propio arrollamiento de arranque. La avería se localizará entonces en dicho arrollamiento, siguiendo las mismas directrices que se han indicado para el arrollamiento de trabajo.

C

Cortocircuitos

Un cortocircuito se produce cuando dos o más espiras contiguas se ponen en o eléctrico directo (es decir, por defectos en el aislamiento que las protege)

Lámpara

A la red

En condiciones normales, la lámpara deberá encenderse, si permanece apagada la causa más probable de ello es que los os del interruptor centrífugo no estén cerrados.

En un arrollamiento nuevo puede provocarse este defecto si los lados de bobina entran forzados en sus respectivas ranuras y es preciso introducirlos en las mismas golpeándolos fuertemente con la maza, otras veces es el calentamiento excesivo debido a prolongadas sobrecargas el que deteriora el aislamiento y deja las espiras en o. Por regla general la presencia de un cortocircuito entre espiras se advierte porque el arrollamiento humea mientras el motor está en servicio o porque éste absorbe una corriente excesiva cuando funciona sin carga.

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Existen varios métodos prácticos para localizar bobinas con espiras cortocircuitadas en un motor de fase partida. Entre ellos figuran los siguientes:

PASO

1 Hoja de sierra

Ponga el motor en marcha, déjelo en funcionamiento durante algún tiempo y palpe luego con la mano las bobinas de los polos. La más caliente de todas suele ser la que presenta el cortocircuito.

Arrollamiento Zumbador

a

b b Figura 87 Motor monofásico conectado a su arrancador

PASO

2

Utilizando una bobina inductora o de prueba. Esta no es más que una bobina cuyas espiras están arrolladas sobre un núcleo de chapas y que se alimenta, a 120 V con una fuente de corriente alterna.

Figura 88

PASO

Mida la caída de tensión, conecte el arrollamiento a una fuente de corriente continua de baja tensión, y lea con un voltímetro la caída de tensión existente entre los extremos de cada polo. El polo al cual corresponde la caída más pequeña (menor lectura) es el que contiene la bobina defectuosa.

Una vez desmontado el rotor, coloque la bobina de prueba sobre el núcleo estatórico, por el interior del mismo, y desplácela de ranura en ranura. reconocerá que una bobina tiene espiras cortocircuitadas por las rápidas vibraciones de una cinta metálica (por ejemplo, una hoja de sierra) dispuesta en el otro extremo de la bobina, como muestra la figura 88 a. La figura 88 b reproduce el aspecto de una bobina de prueba.

3

Polo 1 sentido a derechas

Polo 2 sentido a izquierdas

Polo 3 sentido a derechas

Términales finales

Términales iniciales Figura 89 Mida el voltaje o tensión en cada polo

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PASO

D

4

Evalúe indirectamente la intensidad del campo magnético, aplicando una pieza de hierro contra el núcleo correspondiente a cada polo mientras circula corriente continua por el arrollamiento (conectado a una fuente de baja tensión), sentirá en la pieza de hierro una fuerza atractiva menor cuando el polo en cuestión tenga espiras cortocircuitadas.

PASO

5

Por medio de un amperímetro puede medir la corriente cuando el motor está sin carga y sin necesidad de desconectar ningún terminal, con auxilio de un amperímetro de pinzas. cierre las pinzas del aparato alrededor de uno de los conductores de alimentación y lea en la escala del instrumento la intensidad de la corriente que circula por el arrollamiento principal del motor.

Inversiones de polaridad

Son consecuencia de conexiones erróneas entre polos, la mejor manera de detectarlas es efectuar una comprobación de polaridades con auxilio de una brújula o simplemente de un clavo. Si dispone de una brújula, el procedimiento a seguir es el que se describe a continuación. Coloque el estator en posición horizontal y conecte el arrollamiento en cuestión a una fuente de corriente continua de baja tensión. Sitúe entonces la brújula en el interior del estator y desplácela lentamente frente a cada polo. Si las conexiones son correctas, la posición de la aguja de la brújula se invertirá cada vez que se pase de un polo al siguiente, como muestra la figura 91. Arrollamiento conectado a un manantial de corriente continua

Si esta lectura es superior al valor correspondiente que se encuentra en la placa de características del motor, puede itirse la existencia de cortocircuitos entre espiras, vea la figura 90.

A PUNTAS DEL MOTOR SIN CARGA

Motor Monofásico de C.A.

Figura 90 Mida la corriente con un amperímetro (a)

Para reparar un polo defectuoso es preciso deshacer la bobina donde se halla localizada la avería, reaislarla y volverla a enrollar, a menos que la zona de cortocircuito pueda ser descubierta por simple inspección visual y reaislada convenientemente sin desmontar nada.

96

Figura 91 Desplazamiento de la brújula en el estator

Si la orientación de la aguja no varía al pasar la brújula frente a dos polos contiguos, uno de los dos tiene las conexiones invertidas. Si no dispone de brújula deje el estator en posición normal y coloque un clavo en la parte interior del núcleo de modo que sus extremos coincidan aproximadamente con los centros de dos polos consecutivos. Alimentando entonces el arrollamiento con una fuente de corriente continua o alterna, pero de baja tensión, si observa que el clavo es atraído por ambos polos o bien repelido por uno de ellos, es señal de que hay un polo mal conectado, puede reparar el defecto cambiando los dos terminales del mismo polo.

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Si son varios los polos que tienen la polaridad invertida, será preciso reconectarlos de acuerdo con el esquema de principio de la figura 92. Polo 1

Polo 2

Polo 3

Polo 4

A la red

Figura 92 Dirección del flujo de corriente

2.2.2

PRUEBAS A CONDENSADORES

Con frecuencia los condensadores constituyen la principal fuente de averías en los motores de arranque por condensador. Las anomalías consisten generalmente en cortocircuitos interrupciones o defectos internos que determinan una variación de capacidad. Un cortocircuito en el condensador puede ser causa de la quema de los arrollamientos del motor. Una variación de capacidad o una interrupción pueden provocar un par de arranque insuficiente o un funcionamiento incorrecto del motor. Para determinar si el condensador es el defectuoso realice lo siguiente. Empiece por quitar del condensador todos los terminales procedentes de los arrollamientos del motor y seguidamente conecte aquel a una red de corriente alterna de 115 V, teniendo la precaución de intercalar en serie un fusible de 10 amperios. Vea la figura 93.

Red a 115 V Fusible

Si el fusible se quema, es que existe un cortocircuito en el condensador y este deberá ser reemplazado. Si el fusible no se quema el condensador quedará cargado en pocos segundos. Tenga la precaución de no tocar directamente los bornes del condensador tras este proceso, pues ello puede causar grave peligro. Para descargarlo una ambos bornes del condensador con un destornillador con mango de madera, cuidando de tomarlo únicamente por el mango. Al descargar el condensador se debe originar una brusca y ostensible descarga entre ambos, vea la figura 94.

Red a 115 V Fusible

Cortocircuito ambos bornes Figura 94 Descarga del condensador

La producción de una chispa no garantiza necesariamente el buen estado del condensador, pues aunque éste haya sufrido una mengua de capacidad es susceptible todavía de seguir generando una débil descarga visible. Si el resultado de esta prueba hace presumir que el condensador está defectuoso lo más recomendable es cambiarlo por uno nuevo. • Medición de la capacidad del condensador.

Figura 93 Conexión del condensador al fusible

Para determinar la capacidad de un condensador, primeramente desconecte el motor y a continuación una el condensador en serie con un amperímetro con un fusible adecuado, y alimente el conjunto con una tensión alterna de 115 voltios.

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Finalmente, conecte el voltímetro directamente a los bornes del condensador como muestra la figura 95. Si este es electrolítico procure mantenerlo bajo tensión durante el tiempo justo para leer las indicaciones de ambos instrumentos.

Las causas por las cuales un motor deja de funcionar pueden ser varias y muchas veces el propio problema que presenta el motor le puede dar un indicio de donde debe revisar para hacer la reparación. A continuación se describen los problemas más frecuentes.

Amperímetro (0-10 A)

1. EL MOTOR NO SE PONE EN MARCHA Red a 115 V c.c.

Condensador Voltímetro (0-150 V)

Figura 95 Circuito para medir la capacidad del condensador

La capacidad buscada la obtendrá aplicando la siguiente fórmula: Capacidad (µF) = (159,300/ frec ( Hz) ) x [corriente (amp) / tensión (volt)] Para 50 Hz la fórmula se transforma en 3180 x ( amperios / voltios) A continuación se describen las diversas averías que pueden presentarse en los motores de fase partida y la manera de reparadas. Para su descripción, las averías se clasificarán en cuatro grupos distintos, que corresponden a los síntomas siguientes: 1. El motor no se pone en marcha. 2. El motor gira a una velocidad inferior a la normal. 3. El motor funciona, pero se calienta en exceso. 4. El motor funciona ruidosamente.

2.2.3

SOLUCIONES DE FALLAS EN MOTORES DE FASE PARTIDA

El que un motor de inducción deje de funcionar, es signo de que algo ha ocurrido y por consiguiente es necesario buscar la causa que dio origen al problema.

98

Cuando el motor no arranca, a pesar de estar conectado a una red de alimentación adecuada y a la tensión de servicio correcta, pueden ser responsables de la anomalía las siguientes causas: a. b. c. d. e. f. g. h. i.

Una interrupción en el arrollamiento de trabajo. Una interrupción en el circuito de arranque. Un arrollamiento con os a masa. Un arrollamiento quemado o con cortocircuitos entre espiras. Dispositivo de protección térmica con los os abiertos. Una sobrecarga excesiva. Cojinetes desgastados o agarrotados. Escudos montados de forma incorrecta. Eje del rotor curvado.

A continuación se estudiarán estas causas por el mismo orden en que han sido enumeradas. a) Una interrupción en el arrollamiento de trabajo. Este defecto puede detectarse verificando el arrollamiento con la lámpara de prueba: si ésta no se enciende, es señal de que existe una interrupción. La localización exacta del punto de interrupción se efectuará siguiendo las instrucciones especificadas en el apartado “Pruebas a ejecutar” (vea la sección 2.2.1) La reparación puede exigir el rebobinado del arrollamiento. b) Una interrupción en el circuito de arranque. Hay tres métodos prácticos para detectar la existencia de este defecto. El primero consiste en que conecte el motor a la red y observe si emite un zumbido característico; en caso afirmativo, el circuito de arranque estará interrumpido.

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El segundo consiste en que haga girar el rotor con la mano; basta para ello arrollar un cordel alrededor del extremo libre del eje y tirar de él con fuerza suficiente (vea la figura 96) Motor de fase partida A la red

Sentido de giro normal

Figura 96 Haga girar el rotor con un cordel

Mientras el rotor está todavía en movimiento cierre el interruptor de alimentación de la red. Si el motor se pone entonces en marcha, indica que el circuito de arranque está interrumpido. El tercer método de prueba se basa en el empleo de la lámpara, de modo análogo al descrito para el arrollamiento de trabajo. Si queda probado que existe una interrupción en el circuito de arranque ésta se halla localizada en el interruptor centrífugo o bien en el propio arrollamiento de arranque. Puesto que lo más probable es que la primera hipótesis sea la cierta, examine dicho interruptor. Para cerciorarse de que la anomalía no se debe a que los os del interruptor permanecerán abiertos, empuje el rotor en dirección axial, hacia el escudo frontal del motor, si la causa era la supuesta, los os se cerrarán y la lámpara de prueba se encenderá. La explicación de esta anomalía puede ser que el rotor posea un juego axial excesivo, lo cual es fácil de comprobar moviéndolo simplemente hacia adelante y hacia atrás. El juego axial no debería exceder de 0.5 mm, si así ocurre, es preciso poner más arandelas de fibra en el eje, procurando sin embargo que el rotor y el estator permanezcan centrados en sentido longitudinal. Si se permite un juego axial exagerado puede suceder

que el rotor se pare a cierta distancia del escudo frontal y deje los os del interruptor centrífugo separados. Si el resultado de la prueba sigue siendo negativo, desmonte el motor y verifique detenidamente el funcionamiento del interruptor, con auxilio de una lámpara de prueba. En el caso de que dicho funcionamiento fuese defectuoso, limpie cuidadosamente todas las partes del interruptor y vuelva a ajustarlo de nuevo. Si el interruptor centrífugo se halla en buenas condiciones, verifique el arrollamiento de arranque: Primeramente examine los terminales flexibles que unen los extremos del arrollamiento a los respectivos bornes de la placa, y reemplácelo si están en mal estado. Si el defecto radica en el propio arrollamiento, se localizará la interrupción siguiendo las instrucciones especificadas en el apartado “Pruebas a ejecutar” (vea la sección 2.2.1) Cuando el punto de rotura del hilo es de fácil , puede repararse la avería simplemente efectuando el empalme necesario; por el contrario, cuando hay partes del arrollamiento quemadas o seriamente dañadas, no hay más remedio que proceder al rebobinado del mismo. En tal caso es aconsejable verificar a fondo el arrollamiento de trabajo antes de alojar encima de él el nuevo arrollamiento de arranque. c) Un arrollamiento con os a masa. Un solo o a masa en un arrollamiento puede pasar inadvertido en un motor en lo que a la normalidad de su funcionamiento se refiere pero dos o más os a masa determinan ya un cortocircuito que según su importancia puede hacer saltar un fusible o únicamente hacer humear el arrollamiento. Los os a masa se detectan y localizan conforme está indicado en el apartado “Pruebas a ejecutar” (vea la sección 2.2.1), la reparación del arrollamiento puede consistir en una simple renovación del aislamiento o bien exigir un rebobinado completo de aquel.

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99

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d) Un arrollamiento quemado o con cortocircuitos entre espiras. Un defecto de esta importancia hará quemar por regla general un fusible cuando se conecta el motor a la red, o por lo menos humear el arrollamiento en cuestión. En uno y otro caso desmonte el motor. Un arrollamiento quemado es fácil de reconocer por su aspecto y por su olor característicos. El único remedio consiste en sustituirlo por otro nuevo. Muchas veces sólo es el arrollamiento de arranque el que está quemado y entonces basta rebobinar únicamente éste, de todas maneras antes de montar el nuevo arrollamiento de arranque es aconsejable verificar si el de trabajo permanece en buen estado. Si el arrollamiento averiado presenta solamente algún cortocircuito entre espiras, se localiza y repara éste de la manera indicada en el apartado “Pruebas a ejecutar” (vea la sección 2.2.1)

BOBINA QUEMADA

e) Dispositivo de protección térmica con los os abiertos. Algunos motores están provistos de un dispositivo de protección térmica contra sobrecargas, consistente en dos láminas metálicas que al dilatarse desigualmente por la acción del calor, se curvan y abren los correspondientes os. El dispositivo está conectado en serie con el motor (vea la figura 98), si este último se halla sobrecargado o si por una razón cualquiera circula una corriente excesiva a través de su arrollamiento principal, los os del dispositivo de protección se separan e interrumpen el circuito. Sin embargo, estos os deben volver a cerrarse automáticamente en cuanto el motor se ha enfriado un poco o la sobrecarga ha desaparecido. Si no ocurre así, es preciso examinar los os para ver si están sucios, deteriorados o chamuscados. En caso de hallarse en malas condiciones, es mejor reemplazarlos. Dispositivo de protección 1

A la red

Filamento 3 Arroll. de trabajo

LAS ESPIRAS SE CORTAN POR AQUÍ

Arroll. de arranque

Un arrollamiento con o a masa constituye en principio un peligro, pues cualquier persona que toque el motor puede recibir una descarga. Por este motivo es recomendable, en ciertos casos, que la carcasa del motor esté conectada a tierra.

Interruptor Centrífugo

Figura 98 Dispositivo de protección térmica

Figura 97 Bobina quemada

100

f) Una sobrecarga excesiva. Si se carga con exceso un motor desprovisto de dispositivo de protección el motor empezará por zumbar y acabará calentándose. Unas condiciones de servicio forzadas pueden ponerse fácilmente de manifiesto intercalando un amperímetro en el circuito (vea la figura 99) y observe si indica una intensidad de corriente superior a la que indica la placa de características.

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Puede utilizar para ello un instrumento múltiple de pinzas (amperímetro, voltímetro y ohmiómetro) La causa de una corriente excesiva puede ser también un cortocircuito en un arrollamiento sin embargo, aquí se supone que los arrollamientos ya han sido previamente comprobados y que no se ha encontrado en ellos defecto alguno.

Agujeros para los pernos

Escudo Cojinete Eje

Placa de bornes en la carcasa Arranque Amperimetro Figura 101 Escudo y eje montado en cojinete

A la red

Régimen Int. centrífugo

Figura 99 Colocación del amperímetro

g) Cojinetes desgastados o agarrotados. Las averías de cojinetes ocurren a menudo en motores que llevan mucho tiempo funcionando. Para averiguar si un cojinete de fricción está desgastado, intente mover con la mano el extremo libre del eje hacia arriba y hacia abajo, como indica la figura 100.

En uno u otro caso es necesario sustituir los cojinetes pues basta un pequeño juego en los mismos para que el rotor pueda rozar contra el estator e impedir así su arranque (vea la figura 102) Ocurre a menudo que por haberse acumulado la grasa y la suciedad en la parte desgastada de un cojinete, el eje no permite movimiento alguno ni hacia arriba ni hacia abajo. En este caso desmonte el motor y deje el rotor con un solo escudo, si este último se puede hacer mover hacia adelante y hacia atrás, el cojinete o el eje están desgastados. Estator

Rotor MOTOR

Figura 100 Movimiento del eje del motor

Si el eje se mueve es señal que el cojinete o el propio eje están desgastados, vea la figura 101. Figura 102 Desgaste del estator

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101

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Para extraer el casquillo de un cojinete de su alojamiento en el escudo, apoye en su borde una barra cilíndrica de diámetro apropiado y comprima ésta contra el escudo mediante una prensa de husillo o de cualquier otro tipo. Al aplicar la presión conviene fijarse en que el casquillo del cojinete salga por el lado del escudo donde la abertura es mayor y quite previamente cualquier tornillo o mecha de engrase que pudieran dificultar la extracción. El nuevo cojinete se monta en el escudo utilizando también la barra torneada y la prensa de husillo anteriormente citadas. La presión sobre el casquillo se ejercerá ahora por el lado del escudo donde la abertura es mayor, hasta dejarlo introducido a la profundidad requerida. Cuide de que los orificios de engrase del cojinete coincidan exactamente con los canales del escudo correspondiente, y evite dañar el casquillo durante el montaje. Los cojinetes nuevos se venden normalmente con un diámetro interior ligeramente más pequeño (unas pocas centésimas de milímetro) que el nominal, por cuyo motivo es necesario ensancharlos a la medida adecuada. La operación se efectúa mediante un escariador, antes de montar el eje rotórico en el motor. Para ello fije a la carcasa los dos escudos, una vez provistos de cojinetes nuevos; entonces pase el escariador por uno de los casquillos y prosiga en dirección longitudinal a través del casquillo opuesto. De esta manera se consigue que ambos casquillos queden escariados al mismo diámetro y además bien alineados. Sin embargo cuando el eje rotórico posee distintos diámetros en sus extremos será necesario emplear dos escariadores de diferente tamaño, uno para el cojinete del escudo frontal y otro para el del escudo posterior. También en este caso debe tener sumo cuidado en dejar los dos cojinetes perfectamente alineados. Si el eje está desgastado, existe la posibilidad de desmontarlo y volverlo a tornear a un diámetro ligeramente inferior aI primitivo, como es natural, entonces será preciso cambiar los cojinetes por otros de menor tamaño.

102

Otra alternativa consiste en devolverle su diámetro original aplicando sobre la porción desgastada metal en fusión, este proceso recibe el nombre de metalización. En tal caso es preciso tornear luego la porción de eje metalizada al diámetro correcto y reemplazar el cojinete correspondiente por otro de tamaño normalizado. Cuando un cojinete trabaja “en seco” por falta de lubricación el calor generado por el rozamiento dilata considerablemente el eje y puede llegar a soldarlo con el casquillo del cojinete. Entonces se dice que el cojinete está agarrotado o recalentado. Para reparar una avería de esta clase separe del eje el cojinete recalentado, juntamente con el escudo. La operación puede ejecutarla golpeando con un mazo o bien utilizando una lámpara de soldar. A continuación se rectifica el eje y se procede a montar un cojinete nuevo. h) Escudos montados de forma incorrecta. Cuando un escudo no está bien sujeto a la carcasa a lo largo de toda su periferia, como muestra la figura 98 los cojinetes no quedan alineados entonces cuesta gran esfuerzo hacer girar el rotor a mano o bien resulta imposible. Se nota que un escudo está bien ajustado el estator en todos sus puntos cuando emite un sonido “limpio” al ser golpeado suavemente con un mazo de madera o de plomo. Si por el contrario, suena “a hueco”, afloje todas las tuercas de los tornillos de sujeción y vuélvalas a apretar sucesivamente pero poco cada vez, de modo que el escudo vaya manteniéndose paralelo a sí mismo hasta adaptarlo con seguridad al estator. Al montar un escudo no debe nunca apretar completamente la primera tuerca, seguidamente debe apretar la más próxima, y así sucesivamente por orden correlativo, después que las haya puesto todas, apriételas de los lados opuestos a fin de ajustar bien la carcaza.

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Chapas del rotor

Huelgos

Figura 104 Eje torcido

2. EL MOTOR GIRA A UNA VELOCIDAD INFERIOR A LA NORMAL Figura 103 Escudos mal ensamblados

i) Eje del rotor curvado. Cuando a pesar de estar los escudos correctamente montados resulta dificultoso o imposible hacer girar el rotor con la mano, lo más probable es que el eje del rotor se haya curvado, como muestra exageradamente la figura 104. Para comprobar desmonte el rotor y sitúe los extremos del eje entre las puntas de un torno. Haciendo girar el motor a poca velocidad notará generalmente un pequeño movimiento vertical del rotor si el eje está curvado. Para localizar la parte curvada puede utilizar una galga especialmente diseñada para este propósito, que se le aplica al eje mientras éste se halla girando en el rotor. Si no se dispone de esta galga basta mantener un trozo de tiza próximo al eje, al girar la parte curvada del eje rozará la tiza y quedará así marcada. Para corregir esta anomalía asegure sólidamente el eje entre las puntas del torno y enderezando la parte curvada con auxilio de una barra o de un trozo de tubo suficientemente largos, dispuestos debajo de la misma a manera de palanca. Es preciso que controle cuidadosamente la presión ejercida procurando aplicarla poco a poco hasta que el eje esté completamente enderezado. Este sistema sólo se emplea con ejes pequeños, pues si no se dañarían las puntas del torno.

Cuando un motor no alcanza la velocidad de régimen normal que le corresponde es probable que tenga uno o varios de los defectos que se enumeran a continuación: 1) un cortocircuito en el arrollamiento de trabajo; 2) permanencia en servicio del arrollamiento de arranque; 3) inversiones de polaridad en el arrollamiento de trabajo; 4) otras conexiones estatóricas erróneas; 5) cojinetes desgastados; 6) barras rotóricas desprendidas de los anillos. a) Un cortocircuito en el arrollamiento de trabajo. Este defecto hace que el motor gire a una velocidad inferior a la nominal y que emita un zumbido o “ronquido” característico. El polo donde se encuentra el cortocircuito suele calentarse normalmente en exceso e incluso puede humear si el motor funciona demasiados minutos. Para localizar el polo defectuoso emplee una bobina de prueba, otras veces basta simplemente con que palpe con la mano para identificar la bobina más caliente. Una vez conocida la bobina defectuosa y localizado el cortocircuito, aislé las espiras convenientemente; si ello no es posible, deberá rebobinar forzosamente dicha bobina o todo el polo entero.

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103

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Corto circuito

En tal caso desmonte el motor y repase detenidamente todas las conexiones estatóricas y, rehaga las que sean erróneas, siguiendo las instrucciones especificadas en la sección “Pruebas a ejecutar” (vea la sección 2.2.1) Los principiantes suelen cometer a menudo errores al conectar los polos de este tipo de motores. Uno de los más frecuentes consiste en conectar dos polos en serie y los restantes en circuito cerrado, como muestra la figura 106. Debe ponerse suma atención en conectar todos los polos exactamente de acuerdo con los datos recibidos.

Figura 105 Bobina cortocircuitada

b) Permanencia en servicio del arrollamiento de arranque. Los síntomas de esta anomalía son los mismos que los de un arrollamiento de trabajo con espiras en cortocircuito. Para la detección de la falla y prueba, realice lo indicado en la sección 2.2.3 SOLUCIONES DE FALLAS EN MOTORES DE FASE PARTIDA, en el inciso b) interrupción en el circuito de arranque. c) Inversiones de polaridad en el arrollamiento de trabajo. Si las conexiones entre polos son erróneas, dando lugar a polaridades incorrectas, el motor girará lentamente, si es que llega a girar, y su marcha irá acompañada de un zumbido característico. Para localizar las conexiones erróneas desmonte el motor y verifique la polaridad de cada polo con auxilio de una brújula o de un simple clavo, como se ha explicado en el apartado “Pruebas a ejecutar” (vea la sección 2.2.1) Una vez identificado el polo con polaridad invertida, desconecte sus terminales, permute entre sí y vuelva a conectar.

Figura 106 Verifique la conexión de los polos

e) Cojinetes desgastados. Todo motor cuyos cojinetes o cuyo eje están desgastados marcha ruidosamente y con dificultad, debido a la fricción del rotor contra el estator (vea la figura 107 a) La presunta existencia de estas anomalías queda confirmada por la posibilidad de mover el eje hacia arriba y hacia abajo si se tira de él con la mano, como muestra la figura 107 b. Tanto si el defecto radica en el eje como si está localizado en un cojinete, se corregirá procediendo de la manera indicada en páginas anteriores.

d) Otras conexiones estatóricas erróneas. Las conexiones erróneas entre los polos de arrollamiento de trabajo o los del arrollamiento de arranque pueden inducir corrientes en las bobinas de los mismos y originar sobrecalentamientos en ellas, con el peligro de que lleguen a humear e incluso a quemarse.

104

Estator

Rotor

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a

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Rotor

MOTOR Lámparas

b Figura 107 Cojinetes desgastados

f) Barras rotóricas desprendidas de los anillos. Son síntomas de esta avería es el zumbido que emite el motor y la poca potencia que desarrolla. Una vez desmontado el rotor inspecciónelo detenidamente para descubrir posibles interrupciones en su circuito. Por regla general bastará un simple examen visual para localizar las barras desprendidas de los anillos, especialmente si se prueba a moverlas por sus extremos. Caso de no llegar a ningún resultado se ensayará el rotor con un detector de interrupciones como el representado en la figura 108, este consiste esencialmente en un núcleo de chapas de hierro en forma de V con una bobina arrollada en su parte central. En serie con dicha bobina va dispuesta una lámpara o un grupo de lámparas unidas en paralelo. Para su operación conecte los terminales de la bobina a una fuente de corriente alterna, se dispone el rotor sobre la parte en V del núcleo, y haga girar el rotor del motor con la mano. Cualquier oscilación en la luz de las lámparas indicará la presencia de una interrupción. Una vez localizadas las barras que se han desprendido, vuelva a soldar o a remachar en los anillos de cortocircuito. Los rotores de jaula de ardilla a base de barras y anillos de aluminio fundidos conjuntamente en molde no presentan este defecto.

Zumbador

Figura 108 Detector de interrupciones del rotor

3. EL MOTOR FUNCIONA, PERO SE CALIENTA EN EXCESO Las causas de que un motor se caliente con exceso tras un corto período de funcionamiento pueden ser las siguientes: a. Un arrollamiento con espiras en cortocircuito. b. Un arrollamiento con os a masa. c. Un cortocircuito entre los arrollamientos de trabajo y de arranque. d. Cojinetes desgastados. e. Una sobrecarga. a) Un arrollamiento con espiras en cortocircuito. Si en uno de los arrollamientos de un motor de fase partida existe alguna bobina con espiras en cortocircuito, el polo afectado se calentará en exceso al estar el motor en servicio además, este último emitirá un zumbido característico. Si el motor se deja funcionar en estas condiciones, el arrollamiento defectuoso puede sobrecalentarse hasta el punto de dañar seriamente todo el motor. Los procedimientos para detectar posibles cortocircuitos y para localizados ya han sido descritos en el apartado “pruebas” (vea la sección 2.2.1), a menos que el defecto pueda ser reparado y aislado convenientemente será necesario rebobinar todo el polo afectado o todo el arrollamiento completo.

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105

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b) Un arrollamiento con os a masa. Dos o más os a masa en un arrollamiento son equivalentes a un cortocircuito entre espiras, las consecuencias son un sobrecalentamiento muy elevado del motor con la consiguiente posibilidad de causar daños de importancia. Los os a masa se localizarán siguiendo las instrucciones expuestas en el epígrafe “Pruebas” y se repararán disponiendo nuevo aislamiento, siempre que ello sea posible; si no es posible o no resulta aconsejable reaislar los defectos, será preciso rebobinar todo el polo averiado. Si el arrollamiento sólo tiene un o a masa, la carcasa quedará en tensión mientras el motor esté en servicio y cualquier persona u operario que la toque accidentalmente, recibirá una descarga eléctrica. Esta posibilidad representa un evidente peligro por cuyo motivo es necesario reparar la avería cuanto antes. c) Un cortocircuito entre los arrollamientos de trabajo y de arranque. Cualquier cortocircuito entre ambos arrollamientos permitirá la circulación permanente de corriente a través de parte del arrollamiento de arranque mientras el motor se halle en servicio, lo cual acabará a la larga por quemar dicho arrollamiento. Para localizar el punto donde existe cortocircuito desconecte los terminales de los arrollamientos de sus respectivos bornes y conecte un terminal de la lámpara de prueba al arrollamiento de trabajo y el otro terminal al arrollamiento de arranque. Si se conectan ahora a la red los bornes de alimentación de la lámpara ésta se encenderá, puesto que circulará corriente de un arrollamiento al otro a través del cortocircuito entre ambos. Procure entonces mover el arrollamiento de arranque en diferentes puntos del estator con el objeto de separarlo del arrollamiento de trabajo, si en un instante dado la luz de la lámpara oscila bruscamente o se apaga, indica que se ha movido justamente el punto de cortocircuito.

106

Si procediendo de esta manera no se llega al resultado deseado, será necesario ir desmontando las bobinas del arrollamiento de arranque una por una hasta localizar el defecto. El cortocircuito puede separarse, por regla general, disponiendo en la ranura correspondiente, y entre ambos arrollamientos, una tira de batista barnizada o de papel Armo. d) Una sobrecarga. Lea lo indicado en el inciso 1. f) e) Cojinetes desgastados. Lea lo indicado en el inciso 1. g) 4. EL MOTOR FUNCIONA RUlDOSAMENTE Las causas de que un motor de fase partida funcione con un ruido anormalmente elevado pueden ser diversas. Las más frecuentes son: a. b. c. d. e. f. g.

Cortocircuitos en un arrollamiento. Conexiones erróneas entre polos. Barras rotóricas desprendidas de los anillos. Cojinetes desgastados. Interruptor centrífugo deteriorado. Juego axial excesivo. Presencia de cuerpos extraños en el motor.

Las tres primeras causas dan lugar a un zumbido magnético cuando el motor está en marcha. La percepción de este zumbido es señal segura de la existencia de uno de estos tres defectos. Con anterioridad han sido ya descritas otras pruebas más concluyentes para detectados y localizados, así como la manera de repararlos. Cojinetes desgastados. Lea lo indicado en el inciso 1. g) Interruptor centrífugo deteriorado. Toda avería que se produzca en el interruptor centrífugo es susceptible de causar un ruido notorio mientras el motor esté en marcha.

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En efecto, la parte móvil del interruptor es solidaria del rotor y por tanto gira a gran velocidad, cualquier pieza suelta de dicha parte móvil puede entonces chocar o frotar contra un punto del estator y producir el ruido en cuestión. Siempre que se sospeche la posibilidad de una anomalía de este tipo deberá desmontarse el rotor del estator y examinar detenidamente el interruptor centrífugo. Procure reparar las piezas averiadas, si ello no resulta factible reemplace todo el interruptor.

Antes de desmontar el motor marque con un punzón los escudos y la carcasa, con el objeto de poder volverlos a montar más tarde en el lado correcto. Así por ejemplo, puede marcarse con un golpe de punzón el escudo frontal y la parte de carcasa contigua, y con dos golpes de punzón el escudo posterior y su correspondiente parte de carcasa contigua (vea la figura 109) Seguidamente desmonte el motor y éste quedará listo para su reparación.

MARCAS DE PUNZÓN

Juego axial excesivo. Cuando el juego axial del rotor excede de 0.4 mm, la marcha del motor puede ser ruidosa. Este defecto se resuelve disponiendo arandelas de fibra en puntos apropiados del eje rotórico. Presencia de cuerpos extraños en el motor. Ocurre a veces que un cuerpo extraño tal como un trozo de material aislante o de conductor queda incrustado en una ranura o en un arrollamiento y al sobresalir con exceso, frota contra el rotor en marcha y origina un ruido molesto. El cuerpo extraño puede descubrirlo desmontando el rotor e inspeccionando cuidadosamente la totalidad de los arrollamientos y de las ranuras. La extracción se efectúa, por regla general, con auxilio de un alicate o de un destornillador. Al retirar el cuerpo extraño tenga sumo cuidado en no dañar el aislamiento de los conductores o el dispuesto entre arrollamientos.

2.3

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Si las pruebas anteriores demuestran que los arrollamientos del motor están quemados o que existen muchos cortocircuitos entre espiras debe rebobinar el motor para dejarlo nuevamente en condiciones de servicio.

Figura 109 Marcas de punzón

2.3.1

FUNCIÓN

La finalidad por la cual se bobina un motor puede ser por diferentes razones entre ellas el cambiar su voltaje o la potencia de operación, cambiar los bobinados que se han quemado por una mala operación o por daño del propio motor, todo ello con la finalidad de poderlos nuevamente en servicio.

2.3.2

EQUIPO UTILIZADO

Para la realización de un nuevo bobinado, el mismo puede ser realizado de cualquiera de las siguientes formas:

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107

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A

E

Bobinado manual

Este procedimiento puede emplearse tanto para el arrollamiento de trabajo como para el de arranque y posee dos ventajas principales: 1) permite un bobinado más compacto lo cual es especialmente importante cuando el espacio disponible para las cabezas de bobina es reducido y 2) hace innecesario el uso de hormas, moldes, etc. Los conductores se van alojando en las ranuras, espira por espira comenzando por la bobina interior y terminando por la exterior, con lo que quedan completadas todas las bobinas de un polo.

B

Bobinado con molde

Para aplicar este sistema moldee primero las bobinas sobre una horma, plantilla o gálibo de madera o metal, sáquelas luego del molde y colóquelas finalmente en las ranuras correspondientes. Es el procedimiento más corriente para rebobinar motores de fase partida.

C

Bobinado en madejas

Este procedimiento se usa principalmente para el arrollamiento de arranque. Esta modalidad de devanado utiliza una sola bobina (madeja) para cada polo suficientemente grande, para que pueda ser alojada en todas las ranuras abarcadas por la totalidad de las secciones individuales que integran un polo. La ventaja de este sistema radica en el hecho de poder alojar simultáneamente muchos conductores en una misma ranura. A pesar de ello algunos talleres de reparación prefieren sustituir las madejas por bobinas moldeadas, especialmente cuando disponen de moldes con cabezales ajustables.

D

Bobinadora eléctrica

Este tipo de bobinado es bastante similar al bobinado con molde con la única diferencia de que el molde se monta sobre un motor al cual eléctricamente se le da vueltas. Este motor cuenta con un dispositivo el cual le permite llevar la cuenta de cuantas vueltas va dando para llevar el conteo del número de vueltas de cada bobina. 108

Extractor de bobinas

Cuando sólo es preciso reemplazar el arrollamiento de arranque pueden extraerse fácilmente las bobinas defectuosas del mismo cortando los conductores por un lado del estator y tirando luego de ellas por el lado opuesto. A veces pueden sacarse los conductores de las ranuras tras retirar las cuñas que los mantienen sujetos. Tal operación suele efectuarse mediante una sierra para metales como se muestra en la figura 110. 2 Martillo Estator

Hoja de cierra

Arrollamiento

Cuñas Figura 110 Extracción de bobinas

Inicialmente golpee en forma vertical la hoja de la sierra con un martillo para que los dientes de la misma penetren en la cuña y a continuación, golpee la hoja lateralmente con el objeto de extraerla junto con la cuña. Cuando es todo el estator el que debe ser bobinado resultará sumamente difícil y entretenido intentar sacar los arrollamiento del núcleo estatórico sin ablandar o carbonizar antes el barniz y el aislamiento con que están protegidos. Por regla general los arrollamientos quedan extraordinariamente endurecidos a causa de su impregnación con barniz y tratar de extraerlos sin carbonizarlos previamente exigirá un tiempo considerable. Durante el proceso de extracción de las bobinas debe contarse el número de espiras de cada una de las bobinas que componen uno o dos polos del arrollamiento de arranque y hacer lo propio con el arrollamiento de trabajo.

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Estas cifras se anotan en la hoja de datos junto a los arcos de curva que indican el paso de cada bobina. Al mismo tiempo se determinará y anotará el diámetro del conductor en uno y otro arrollamiento, para ello basta que despoje el conductor de su aislamiento y mida el diámetro con auxilio de un calibre o de un micrómetro. Anote también la clase de aislamiento que lleva el conductor.

2.3.3

MADERA

MANTENIMIENTO BÁSICO DEL EQUIPO

Después de haber utilizado el equipo correspondiente para desmontar las bobinas recuerde limpiarlas de toda suciedad que les halla quedado, algunas veces quedan manchadas del mismo barniz de las bobinas. Recuerde que el equipo va a ser utilizado no sólo una vez sino varias veces razón por la que debe de mantenerlas siempre en buen estado y dispuestas a ser utilizadas nuevamente, así como ubicarlas en su lugar correspondientes.

2.3.4

Estas cuñas (vea la figura 111) se suministran generalmente en barras de 1 m de longitud y anchos diversos, las cuales se cortan a la medida de la ranura.

TÉCNICAS DE BOBINADO

Un motor de fase partida puede rebobinarse de tres maneras distintas: 1) a mano; 2) con bobinas moldeadas, y 3) con madejas. En la práctica se usan indistintamente los tres procedimientos, ya que cada uno ofrece determinadas ventajas. Sea el que fuere el procedimiento elegido se dispone primero el arrollamiento de trabajo íntegro en las ranuras y luego el de arranque encima. Como se ha dicho, es conveniente interponer un aislamiento adecuado entre uno y otro, una vez dispuesto el arrollamiento de arranque encima del de trabajo, se introduce en la parte superior de cada ranura una cuña de configuración apropiada (de madera, de fibra o de otro material análogo), cuya misión es mantener los conductores bien sujetos en el interior de las ranuras y asegurados contra el efecto de las vibraciones.

FIBRA Figura 111 Cuñas

Manual Este procedimiento puede emplearse tanto para el arrollamiento de trabajo como para el de arranque, y posee dos ventajas principales: 1) permite un bobinado más compacto, lo cual es especialmente importante cuando el espacio disponible para las cabezas de bobina es reducido, y 2) hace innecesario el uso de hormas, moldes, etc. Los conductores se van alojando en las ranuras, espira por espira, comenzando por la bobina interior y terminando por la exterior, con lo cual quedan completadas todas las bobinas de un polo. En las explicaciones que siguen se supone que se trata de bobinar un estator de 32 ranuras. Para realizar el arrollamiento manual realice el siguiente proceso.

PASO

1

Disponga el estator y el carrete de hilo como indica la figura 112, el extremo del hilo se hace pasar por el fondo de una ranura. Cuente los arrollamientos de alambre que realiza en el estator.

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109

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Antes de iniciar el devanado es conveniente que coloque pasadores o varillas de madera en las ranuras vacías del centro del polo, como indica la figura 115. Haga pasar luego las espiras de hilos por debajo de los extremos de dichas varillas se evita que las bobinas puedan salirse de las ranuras en el transcurso de la operación. Figura 112 Ubicación del hilo y estator

Varillas

Si el estator carece de bases emplee soportes, un tornillo de banco o un porta estator como el de la figura 113.

Figura 115 Colocación de varillas de madera

PASO

Figura 113 Soportes para el estator

PASO

2

Una vez terminada la bobina interior prosiga con la siguiente (pasos 1 a 6), cuyas espiras se arrollan en el mismo sentido (vea la figura 114) Proceda de manera idéntica hasta haber alojado en sus respectivas ranuras todas las bobinas del polo. El hilo no debe cortarse hasta que todo el polo esté terminado.

Se empieza por la se continua con la y se sigue hasta bobina interior contigua completar el polo

3

Una vez concluidas las bobinas que constituyen el polo coloque sobre las mismas, en las ranuras correspondientes, cuñas de madera o de fibra, con objeto de evitar que las espiras puedan deslizarse hacia fuera. Entonces pueden retirarse las varillas auxiliares.

PASO

4

Bobine los demás polos de modo idéntico al primero.

PASO

5

El arrollamiento de arranque se bobina encima del arrollamiento de trabajo, tal como se explica en los pasos del 1 al 4, teniendo cuidado de empezar en el punto correspondiente al centro de un polo de trabajo cualquiera, y de interponer un aislamiento adecuado entre ambos arrollamientos.

Figura 114 Arrollamiento de las bobinas

110

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A pesar de estar ejecutado el arrollamiento de trabajo a mano, la práctica ha sancionado la costumbre de utilizar bobinas moldeadas o bien madejas para el arrollamiento de arranque. Una vez terminada la colocación de dicho arrollamiento, introduzca las nuevas cuñas en las ranuras para mantener todas las espiras bien sujetas. En la figura 116 puede ver algunos polos de un estator ya bobinado.

El tamaño y la forma de la tercera bobina (o de las que sigan) se fijan de la misma manera. Espiras de alambre 5 mm 6 mm

6 mm 5 mm

Figura 117 Ubicación de las bobinas en las ranuras

Figura 116 Polos del estator ya bobinado

Con moldes Con este sistema se moldean primero las bobinas sobre una horma, plantilla o gálibo de madera o metal, se sacan luego del molde y se colocan finalmente en las ranuras correspondientes. Es el procedimiento más corriente para rebobinar motores de fase partida.

PASO

1

Para cada tamaño de bobina confeccione entonces una horma de madera cuyo contorno corresponda exactamente a la forma de aquélla y cuyo espesor sea aproximadamente los 3/4 de la profundidad de una ranura. Estas formas se afianzan luego conjuntamente por medio de un perno (vea la figura 118)

Tacos de madera empernados

Este consiste en determinar el tamaño y la forma de las bobinas, partiendo de las dimensiones del núcleo estatórico. Para ello utilice un alambre grueso al que se da la forma de la bobina interior haciendo pasar por las ranuras correspondientes (pasos 1 a 4) y dejando por lo menos una distancia libre de 6 mm a cada extremo de las mismas (vea la figura 117) Para la bobina inmediatamente contigua se sigue un procedimiento análogo, procurando que entre las cabezas homólogas de esta bobina y la anterior quede una distancia mínima de 5 mm.

Figura 118 Horma de madera

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111

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PASO

2

Sobre cada horma de madera enrolle las espiras necesarias para la correspondiente bobina, empiece siempre por la más pequeña. Una vez concluida la operación ate sólidamente las bobinas por varios puntos con un cordel, a fin de mantener inamovibles las espiras, y sáquelas del molde. El empleo de moldes concéntricos de cabezales ajustables (vea la figura 119) existentes en el mercado, permite ejecutar bobinas para muy diversas marcas de motores con suma rapidez y precisión. La ventaja de este tipo de moldes es que permiten un considerable ahorro de tiempo en el bobinado de un estator, a la vez que hacen innecesaria la construcción de nuevos moldes para cada marca distinta del motor.

Figura 120 Ubicación de las bobinas moldeadas en el estator

PASO

4

Sujete bien las espiras en el interior de las ranuras por medio de cuñas a base de material de clase A, B, F o H, según sea la clase de aislamiento del motor. Con Madeja Este procedimiento se usa principalmente para el arrollamiento de arranque. Esta modalidad de devanado utiliza una sola bobina (madeja) para cada polo, suficientemente grande para que pueda ser alojada en todas las ranuras abarcadas por la totalidad de las secciones individuales que integran un polo.

Figura 119 Molde con cabezas ajustables

PASO

3

Seguidamente aloje dichas bobinas moldeadas en las correspondientes ranuras del estator (vea la figura 120), apretándolas con fuerza contra el fondo de estas últimas.

La ventaja de este sistema radica en el hecho de poder alojar simultáneamente muchos conductores en una misma ranura, a pesar de ello algunos talleres de reparación prefieren sustituir las madejas por bobinas moldeadas debido a que estas ultimas pueden utilizarse en diferentes tipos de bobinas por ser del tipo de moldes con cabezales ajustables. Para realizar el bobinado con madeja realice lo siguiente:

PASO

1

Determine el tamaño y la forma de la madeja, este se obtiene generalmente de la propia madeja primitiva al desmontar el estator.

112

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Un bobinado de este género es fácil de identificar, debido a que puede sacarse un polo entero en forma de una sola bobina. No obstante, si no es posible averiguar el tamaño de la madeja siguiendo el método indicado, determínelo arrollando un alambre grueso sobre las ranuras correspondientes (vea la figura 121), dejando unos espacios laterales suficientes para que el nuevo devanado no quede excesivamente apiñado. A continuación una los dos extremos del alambre retorciéndolos uno sobre el otro y saque dicho alambre de las ranuras.

En realidad la configuración de esta bobina tiene poca importancia a condición de que su perímetro sea siempre el mismo. En la figura 123 puede ver una bobina dispuesta sobre su molde. Espiras arrolladas sobre los carretes Carretes Clavo

Base de madera Principio

Final

Un polo Figura 123 Bobina dispuesta en su molde

PASO Principio

Final

Alambre patrón arrollado en las ranuras Figura 121 Alambre patron en la ranura

PASO

2

Dele luego una forma rectangular u oblonga al alambre (vea la figura 122), que se utiliza como molde para devanar la madeja correspondiente, como si fuera una bobina normal.

3

Si la bobina debe ser de forma rectangular, enrolle el número necesario de espiras alrededor de cuatro carretes vacíos fijados sobre una base de madera, procure dejar libres los dos extremos del hilo. Antes de sacar la bobina del molde es conveniente que la amarre en varios puntos para evitar que se deshaga. Si prefiere darle a la bobina una forma oblonga, clave dos carretes vacíos a un lado o encima del propio banco de trabajo, separados a la distancia conveniente y enrolle las espiras necesarias a su alrededor (vea la figura 124)

Carrete

Clavo Principio Final

Figura 122 Forma rectangular del alambre

Figura 124 Fijación de la bobina en el molde

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113

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También cabe hacer uso de un molde con cabezales ajustables como el representado en la figura 125. Si bien está previsto para la ejecución de bobinas trifásicas, puede adaptarse fácilmente para las monofásicas. La ventaja del mismo es que puede ajustarse a cualquier forma de bobina separando sus cabezales a la distancia adecuada.

PASO

5

Retuerza la madeja y luego dóblela para hacer entrar sus costados en las dos ranuras correspondientes al paso inmediatamente superior (pasos del 1 a 6), y así sucesivamente, hasta completar el polo (vea la figura 127)

Figura 125 Molde con cabezas ajustables

PASO

4

Ahora saque la madeja del molde y aloje en las dos ranuras correspondientes al mejor de los pasos (1 a 4) como indica la figura 126. Terminales

Figura 127 Ubicación de la bobina en la ranura

En muchos motores se introduce la madeja hasta dos y tres veces en las mismas ranuras, según las características de la bobina primitiva. La figura 128 muestra un polo cuya bobina central se ha ejecutado, haciendo pasar la madeja dos veces por la misma ranura. Terminales

Bobina doble

Figura 126 Bobina en la ranura

114

Figura 128 Bobina doble en la misma ranura

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2.3.5

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Tenga presente que al realizar todo trabajo, el utilizar la herramienta y el equipo adecuado, como sugerencia se le aconseja lo siguiente: 1) Desconecte el voltaje de alimentación. Si va introducir las bobinas al estator o terminó de realizar el bobinado por medio de una maquina eléctrica bobinadora, asegúrese que la haya dejada apagada o desconectada del voltaje de alimentación 2) Utilice equipo de seguridad en el bobinado. Para realizar los bobinados, se le aconseja que utilice guantes en las manos, pues regularmente el hilo puede cortarle su mano o un dedo al ir siendo enrollado para hacer la bobina. 3) Utilice siempre lentes. Esto le ayudara a proteger su vista de cualquier partícula que pueda saltar a sus ojos. 4) Utilice zapatos aislantes de la electricidad. Los zapatos con suela aislante le ayudaran a trabajar con mayor seguridad cuando trabaja en presencia de voltajes eléctricos.

2.3.6

MEDIDAS DE PROTECCION AMBIENTAL

Recuerde depositar los desechos sólidos de acuerdo a su tipo, la madera en uno, los metales en otro, etc., esto le facilitará su manejo.

2.4

PROCESO DE BOBINADO DE MOTOR DE FASE PARTIDA

La reparación de un motor de fase partida con un arrollamiento averiado comprende varias operaciones, las que se describen a continuación.

2.4.1

TOMA DE DATOS

Esta operación es una de las más importantes entre las descritas anteriormente. Consiste en anotar cuidadosamente los datos esenciales relativos al arrollamiento primitivo, con el fin de no tropezar con dificultades al rebobinar el motor. Tal anotación se efectúa antes de extraer el arrollamiento estatórico averiado y durante esta operación. Lo mejor es tomar el mayor número posible de datos antes de proceder a la extracción del arrollamiento averiado. La información que debe reunirse, tanto para el arrollamiento de trabajo como para el de arranque, comprende: 1) los datos que figuran en la placa de características del motor; 2) el número de polos; 3) el paso de bobina (número de ranuras abarcado por cada bobina); 4) el número de espiras de cada bobina; 5) el diámetro del conductor de cobre en cada arrollamiento; 6) la clase de conexión entre bobinas (es decir, en serie o en paralelo); 7) la posición de cada arrollamiento estatórico con respecto al otro; 8) el tipo de bobinado (a mano, con molde o en madejas); 9) clase y dimensiones del aislamiento de las ranuras; 10) número de ranuras. Los datos que anteceden anótelos escrupulosa y claramente, pues toda información inexacta o errónea relativa al arrollamiento original entorpecería la labor del operario encargado de ejecutar el rebobinado, con la consiguiente pérdida de tiempo. Para explicar en detalle la forma de conseguir la información deseada, suponga que se trata de rebobinar un motor de 4 polos y 32 ranuras. Todo operario adiestrado procederá del modo que se describe a continuación. Anote las indicaciones de la placa de características en una hoja de datos como la que se reproduce en la figura 129.

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115

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Potencia Frecuencia Calentamiento . Número polos

Velocidad (r.p.m.) TIpo Modelo Letra clave

Tensión (V) Cifra clave Número serie Número ranuras

Corriente (A) Factor sobrecarga Fases Duración servicio

Arrollamiento Trabajo Arranque Ranura núm. Trabajo Arranque

Diámetro cond.

Número ramas

Pasos

Número espiras

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 1

Sentido giro

A derechas

A izquierdas Figura 129 Hoja de datos

La información que figura en dicha placa es sumamente importante, puesto que da a conocer inmediatamente la firma constructora del motor, la potencia del mismo, la tensión de servicio y la velocidad a plena carga. Otros datos interesantes son la clase de corriente (alterna o continua), la intensidad de corriente absorbida a plena carga, el tipo de motor y el número de serie. Este último dato cobra especial importancia si es necesario encargar piezas de recambio. La placa de características de un motor monofásico debería contener como mínimo los datos siguientes: 1) Tipo y cifra clave según las designaciones del fabricante; 2) potencia nominal; 3) duración de servicio; 4) calentamiento isible; 5) número de revoluciones por minuto a plena carga; 6) frecuencia; 7) número de fases; 8) tensión nominal; 9) corriente a plena carga; 10) letra clave, 11) letra característica del diseño, en caso de motores de potencia no inferior a 1 caballo de vapor (HP); 12) la designación “protegido térmicamente”, si así procede; 13) número de serie 116

para motores de potencia superior a 1 caballo de vapor y 14) factor de sobrecarga. La figura 130 muestra esquemáticamente el estator de un motor de fase partida, visto de frente. Los arrollamientos se hallan alojados en 32 ranuras, y cada uno de ellos está subdividido en 4 secciones, polos o grupos. Para saber el número de polos de un motor cuente el número de secciones de su arrollamiento de trabajo. Arrollamiento de régimen

Un polo

Un polo Arrollamiento de arranque Ranura

Figura 130 Estator de un motor de fase partida

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En la figura 130 las 4 secciones de dicho arrollamiento indican que el motor es de 4 polos. Si el número de secciones fuese 6 en vez de 4, el motor sería de 6 polos. En los motores de inducción la velocidad queda determinada por el número de polos: por consiguiente, es de suma importancia anotar este dato correctamente. Así por ejemplo, un motor de 2 polos (bipolar) girará a algo menos de 3,600 revoluciones por minuto; uno de 4 polos (tetrapolar), a algo menos de 1,800 r.p.m.; uno de 6 polos (hexapolar), a un poco menos de 1,200 r.p.m.; uno de 8 polos (octopolar) a un poco menos de 900 r.p.m., etc. Estas velocidades sólo son ciertas cuando la frecuencia de la red de alimentación del motor es de 60 hertz; para otras frecuencias rigen velocidades distintas.

De hecho, los arrollamientos de arranque y de trabajo están siempre desfasados 90 grados eléctricos, cualquiera que sea el número de polos del motor. En cambio el desfase geométrico (en grados geométricos) existente entre ambos arrollamientos varía con el número de polos del motor así para un motor de 4 polos es de 45° geométricos, y para uno de 6 polos, de 300 grados geométricos. Examinando con mayor detalle un polo cualquiera, tanto del arrollamiento de trabajo como de arranque, observará que consta de 3 bobinas separadas (vea la figura 132), las cuales han sido arrolladas sucesivamente.

En la figura 131 puede verse el aspecto que ofrecería el conjunto de ambos arrollamientos si, suponiéndolos cortados por una generatriz cualquiera, se extendieran sobre una superficie plana. Obsérvese la posición del arrollamiento de trabajo con respecto a la del arrollamiento de arranque. Cada polo del arrollamiento de arranque cubre dos polos contiguos del arrollamiento de trabajo. Esta condición se cumple siempre en motores de fase partida, independientemente del número de polos o de ranuras del motor. Por tanto, es sumamente importante observar y anotar la posición exacta del arrollamiento de trabajo con respecto a la del arrollamiento de arranque. Si al rebobinar el motor no se disponen ambos en la posición correcta, el arranque puede no efectuarse en buenas condiciones.

Polo de régimen

Polos de régimen Un polo

Polos de arranque

Un polo Figura 132 Bobinas separadas

También observara que cada bobina va alojada en dos ranuras, separadas entre sí por una o por varias ranuras. El número de ranuras comprendido entre los lados de una misma bobina, incluidas las dos en las cuales están alojados dichos lado, recibe el nombre de paso de bobina. En nuestro ejemplo estos pasos son respectivamente, 1 a 4, 1 a 6 y 1 a 8 (vea la figura 133) Paso 1 a 8 Paso 1 a 6 Paso 1 a 4

Polo de régimen

Polos de arranque

Figura 131 Polos en los bobinados

Ranura Figura 133 Pasos de bobina

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117

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Las bobinas sobresalen cierta distancia por ambos lados de las ranuras la cual debe medirse y anotarse cuidadosamente. Al rebobinar el motor es muy importante que las bobinas nuevas no sobresalgan de las ranuras una distancia superior a la anotada, pues de lo contrario los escudos podrían ejercer presión sobre aquéllas y provocar un o a masa. Seguidamente anote la información obtenida relativa a las posiciones de los arrollamientos y a los pasos de bobina. La mayoría de los operarios especializados acostumbran utilizar para ello un diagrama en el cual están representados los dos arrollamientos y la totalidad de las ranuras. El ejemplo de la figura 134 corresponde a un motor de 32 ranuras. Ranura núm. Régimen Arranque

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 1

Figura 134 Posiciones de arrollamientos y pasos

Con este sistema el paso de cualquier bobina se indica simplemente trazando un arco de curva que enlace las dos ranuras donde aquélla va alojada. La anotación se efectúa primero para el arrollamiento de arranque, porque está encima y es por tanto más fácilmente visible que el arrollamiento de trabajo. El paso de las bobinas de este último puede determinarse con mayor facilidad si se levantan un poco los extremos del arrollamiento de arranque. Cada arco de curva representa entonces una bobina de un polo. A continuación se indica en la figura 135 un modelo de hoja de datos previsto para contener toda la información que debe reunirse. Potencia Frecuencia Calentamiento . Número polos

Velocidad (r.p.m.) TIpo Modelo Letra clave

Tensión (V) Cifra clave Número serie Número ranuras

Corriente (A) Factor sobrecarga Fases Duración servicio

Arrollamiento Trabajo Arranque Ranura núm. Trabajo Arranque

Diámetro cond.

Número ramas

Pasos

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 1

Sentido giro

A derechas

A izquierdas

Figura 135 Modelo de hoja de datos

118

Número espiras

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No todos los motores tienen 32 ranuras, la mayoría de los motores de fase partida tienen 36 ranuras, algunos sólo 24 como se muestra en la figura 136. Ranura núm. Régimen Arranque

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 1

Figura 136 Motor de 36 ranuras

Ranura núm. Régimen Arranque

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

Figura 137 Motor de 24 ranuras

En la figura 136 se representa el diagrama de pasos para un motor de 4 polos y 36 ranuras, y en la figura 137 el diagrama para un motor de 4 polos y 24. ranuras. Observé en la figura 137 que los lados contiguos de las bobinas exteriores de dos polos consecutivos están alojados, uno sobre el otro, en la misma ranura. Esta circunstancia ocurre en muchos motores. Observe también en la figura 136 que los polos del arrollamiento de arranque son alternativamente de 3 y de 4 bobinas. Otro dato importante que deberá anotarse es la posición de los polos del arrollamiento de trabajo con respecto a la propia carcasa del motor. En algunos motores es fácil identificar el centro de cada polo principal porque la ranura que le corresponde es de tamaño distinto a las demás. Este detalle basta para situar correctamente los polos al rebobinar. No obstante, en caso de faltar dicha referencia es preciso señalar claramente la posición de los polos marcando con un punzón la ranura (o ranuras) que corresponde al centro de cada uno. Seguidamente debe anotar la clase de conexión entre polos. Esta operación sólo puede llevarse a término cuando se está familiarizado con los diversos sistemas de ejecutar los arrollamientos y de conectar los polos entre sí.

Los motores de fase partida pueden tener conectados los arrollamientos de manera muy variada, según que estén previstos para trabajar a una sola tensión, a dos tensiones distintas a dos velocidades, con sentido de giro reversible exteriormente, etc. Para poder anotar la clase de conexión que lleva el motor es preciso que conozca las diversas modalidades de ellas que puede encontrar. También averigüe y anote el número de espiras que contiene cada bobina. Esto puede hacerse abriendo las bobinas y contando las espiras arrolladas en su interior, o bien cortando las bobinas por un extremo y contando el número de terminales. Es muy importante asimismo que observe y anote si hay un solo conductor por espira, o si hay más de uno. A veces se emplean, por ejemplo, dos conductores de pequeño diámetro en vez de uno solo de mayor diámetro. El diámetro del conductor se medirá con auxilio de un micrómetro o calibre adecuado y se anotará también cuidadosamente. Todos estos datos debe tomarlos a medida que se extraen los arrollamientos del estator. Cuando únicamente esté quemado o cortocircuitado el arrollamiento de encima (el de arranque), bastará que anote solamente los datos referentes al mismo.

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119

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De esta forma es relativamente fácil extraer la parte restante de las bobinas, una vez enfriado el estator, tirando simplemente de ellas por el lado opuesto y haciéndolas pasar a través de las ranuras. Conviene tener presente que los arrollamientos antiguos no deben llegar a arder y que la temperatura no debe aumentar demasiado aprisa y que el estator debe dejarse enfriar gradualmente. Estas observaciones son por otra parte válidas para cualquier clase de motor. El aislamiento de las bobinas estatóricas también puede ablandarse disponiendo el estator entre dos grupos de lámparas de infrarrojos. Generalmente se cortan primero las cabezas de bobina por un lado del estator, a ras del paquete de planchas. A menudo se echa también aceite alrededor de los terminales cortados y del aislamiento, y se espera a que haya penetrado antes de someter el estator a la acción de las lámparas.

2.4.3

EXTRACCIÓN DE BOBINAS DEL ESTATOR

Cuando sólo es preciso reemplazar el arrollamiento de arranque, pueden extraerse fácilmente las bobinas defectuosas del mismo cortando los conductores por un lado del estator y tirando luego de ellas por el lado opuesto. A veces pueden sacarse los conductores de las ranuras tras retirar las cuñas que los mantienen sujetos. Tal operación suele efectuarse mediante una sierra para metales (vea la figura 139) Primero se golpea verticalmente la hoja de la sierra con un martillo para que los dientes de la misma penetren en la cuña (fase 1); a continuación se golpea la hoja lateralmente, al objeto de extraerla junto con la cuña (fase 2) 2 Martillo Estator

Hoja de sierra

Cuñas Figura 138 Lámparas infrarrojas

2.4.2

APLICACION DE SOLVENTES A BOBINADOS

Se considera la aplicación de solventes a bobinados, como la aplicación de barnices, para aumentar la vida útil del motor. Como se recordará, debe seleccionar el tipo de barniz dependiendo de las características del motor y después de eso realizar la aplicación correspondiente. Para mas detalle consulte la sección 1.10 del presente manual referente al aislamiento de bobinas aplicando barniz. 120

Figura 139 Extracción de bobinas

Cuando es todo el estator el que debe ser rebobinado, resultaría sumamente difícil y entretenido intentar sacar los arrollamientos del núcleo estatórico, sin ablandar o carbonizar antes el barniz y el aislamiento con que están protegidos. Por regla general los arrollamientos quedan extraordinariamente endurecidos a causa de su impregnación con barniz y tratar de extraerlos sin carbonizados previamente exigiría un tiempo considerable.

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En muchos talleres se acostumbra colocar el estator en una estufa de secado durante varias horas, a unos 200 ºC, y a dejarlo luego enfriar por sí solo. La estufa puede ser calentada con gas o bien eléctricamente. Es muy importante que pueda controlar la temperatura con el fin de evitar que las planchas del núcleo se deformen o que el recubrimiento electrolítico de las mismas se deteriore.

Generalmente se cortan primero las cabezas de bobina por un lado del estator, a ras del paquete de planchas. A menudo se echa también aceite alrededor de los terminales cortados y del aislamiento, y se espera a que haya penetrado antes de someter el estator a la acción de las lámparas. Bastan normalmente 15 minutos para calentar las bobinas hasta el punto de permitir su fácil extracción.

Antes de introducir el estator en la estufa suelen cortarse las cabezas posteriores de bobina a ras de ranura con auxilio de un escoplo neumático o eléctrico (vea la figura 140)

Durante este proceso debe contarse el número de espiras de cada una de las bobinas que componen uno o dos polos del arrollamiento de arranque y hacer lo propio con el arrollamiento de trabajo. Estas cifras se anotan entonces en la hoja de datos, junto a los arcos de curva que indican el paso de cada bobina. Al mismo tiempo se determinará y anotará el diámetro del conductor en uno y otro arrollamiento; para ello basta con despojar el conductor de su aislamiento y medir el diámetro con un anillo de calibración o de un micrómetro, anote también la clase de aislamiento que lleva el conductor.

Figura 140 Escoplo neumático

De esta forma es relativamente fácil extraer la parte restante de las bobinas, una vez enfriado el estator, tirando simplemente de ellas por el lado opuesto y haciéndolas pasar a través de las ranuras. Conviene tener presente que los arrollamientos antiguos no deben llegar a arder, que la temperatura no debe aumentar demasiado aprisa y que el estator debe dejarse enfriar gradualmente. Estas observaciones son por otra parte válidas para cualquier clase de motor.

Figura 141 Limpieza del estator

El aislamiento de las bobinas estatóricas también puede ablandarlos disponiendo el estator entre dos grupos de lámparas de infrarrojos.

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121

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2.4.4

LIMPIEZA DEL ESTATOR

Tal como se anotó anteriormente, debe tener cuidado de observar que al extraer los bobinados del estator, no queden partículas en el interior de las ranuras pues ello impedirá que al introducir nuevas bobinas puedan ubicarse bien dentro de las mismas, lo que conllevará a un mal funcionamiento del motor, debido a que los polos y campos magnéticos que se produzcan no alcanzarán la magnitud necesaria por no estar el bobinado perfectamente alojado. Por esta razón debe revisar detenidamente cada parte del estator a fin de verificar que a quedado perfectamente limpio, para lo cual puede serle útil utilizar un escoplo para extraer partículas que pudieran haber quedado en el interior de las ranuras.

2.4.5

AISLAMIENTO DE RANURAS

El procedimiento para el aislamiento de ranuras ya fue descrito en la sección 1.8 (AISLAMIENTO DE RANURAS), por lo que se le sugiere referirse a dicha sección.

2.4.6

CONFECCIÓN DE BOBINAS

2.4.8

EMPALMADO DE TERMINALES Y AISLADO DE UNIONES

Una manera de empalmar los terminales de dos polos es la siguiente: Saque el aislamiento de ambos una longitud de unos 5 cm a partir de cada extremo, retuerza los hilos desnudos uno sobre el otro, suéldelos, y finalmente encinte la unión. Este procedimiento es el mostrado en la figura 142, los conductores que se han empalmado son aquí el terminal final del polo 1 y el terminar final del polo 2.

1. Operación Se trata de empalmar estos dos hilos 2. Operación Se pasan trasos de tubo barnizado por los extremos de los hilos 3. Operación Sobre uno de los tubos colocados se pasa otro de diámetro mayor 4. Operación Los dos hilos se retuercen y se sueldan

La elaboración de bobinas se puede hacer por medio de cualquiera de los tres métodos descritos en la sección 2.3.4 (técnicas de bobinado), puede consultar dicha sección para mayores detalles.

2.4.7

COLOCACIÓN DE BOBINAS

El procedimiento para ubicar las bobinas en el estator esta descrito en la misma sección 1.3.4 (técnicas de bobinado)

122

5. Operación Se dezlisa el tubo mayor diámetro por encima de los dos menores hasta cubrirlos Figura 142 Procedimiento de empalme

Otra manera de proceder es utilizar manguitos barnizados o tubos de fibra de vidrio en vez de cinta aislante. El modo de efectuar un empalme según este sistema es el que se indica a continuación:

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PASO

PASO

1

Quite el aislamiento de los extremos de los dos terminales a empalmar en una extensión de 2 a 3 cm.

4

Retuerza los dos extremos desnudos uno sobre el otro, de modo que quede un empalme recto, y suelde la unión.

Figura 143 Puntas de bobina limpie las puntas de las bobinas para empalmar

PASO

2

Pase hacia el interior de cada terminal un manguito barnizado de unos 2,5 cm de largo o más, según convenga.

Figura 144 Manguito con el alambre

PASO

Figura 146 Empalme de dos hilos de dos polos distintos

3

Pase sobre uno de estos manguitos otro manguito del mismo material, pero de mayor diámetro y longitud (aproximadamente unos 5 cm)

PASO

5

Deslice los manguitos pequeños hasta que se toquen en el centro del empalme, y luego deslice el manguito mayor sobre ambos, de forma que los cubra por completo. Estos cinco pasos se describen gráficamente en la figura 146.

Figura 145 Ponga el manguito pequeño dentro de uno más grande

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123

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El proceso íntegro exige menos tiempo que el aislamiento a base de cinta, por otra parte, la ejecución del empalme resulta más esmerada. Un tercer procedimiento consiste en usar una lámpara para soldar los extremos de los terminales, previamente retorcidos. El empalme se cubre deslizando sobre el mismo un trozo corto de manguito, que luego se sujeta a la conexión (vea la figura 147)

Bramante

Bramante Terminales de cable aislado flexible Figura 148 Terminales de cable aislado

2.4.10 PRUEBAS A BOBINADOS Figura 147 Unión de los extremos de las bobinas

Para empalmar entre sí los polos del arrollamiento de trabajo y del arrollamiento de arranque puede emplearse uno cualquiera de los métodos descritos. Una vez ejecutadas correctamente todas estas uniones, se empalman cables flexibles a los terminales de ambos arrollamientos que deben ir conectados a la red. La mejor manera de aislar estos empalmes es, asimismo, mediante manguitos de fibra de vidrio. Además se tendrá la precaución de sujetar sólidamente con un cordel los cables flexibles a sus respectivos arrollamientos para evitar que un tirón eventual sobre los primeros pueda arrancados de los segundos.

2.4.9

AMARRE Y SUJECIÓN DE BOBINAS

Las pruebas de aislamiento de los bobinados sirven para comprobar: • La calidad de los materiales aislantes empleados y la integridad de los mismos (que no tengan defectos de fabricación) • Que el aislamiento general de las máquinas haya sido realizado tomando en cuenta un margen suficiente de seguridad en relación a la tensión nominal de funcionamiento. Sobre los motores asincrónicos se deben ejecutar las siguientes pruebas de aislamiento: a) Mida la resistencia de aislamiento entre cada circuito de fase y la masa.

Las propias bobinas de los arrollamientos se aseguran también entre sí con un cordel o cinta adecuados (de nylon, lienzo o algodón) Esto confiere mayor compacidad a los arrollamientos, impide que se aflojen o deshagan, y evita hasta cierto punto que los conductores vibren y se desplacen. Vea la figura 148.

Figura 149 Medición de la resistencia entre circuitos de fase

124

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b) Realice pruebas con tensión aplicada entre cada circuito de fase y masa. c) Medida de resistencia de aislamiento. Como primera cosa realice la medida de la resistencia de aislamiento entre cada circuito de fase y la masa de la máquina; esta medida deberá ejecutarse antes de realizar las demás pruebas con tensión aplicada.

Determine el valor mínimo de la resistencia de aislamiento de un motor asincrónico de 18.4 kW funcionando a la tensión de 230 V. Ra> 230 > 0.22 MΩ 18.4 + 1000 = 1018.4 Puesto que este valor es inferior a 1MΩ debe tomar como valor mínimo y aceptable de la resistencia de aislamiento el valor de 1 MΩ Para ejecutar esta medida se emplean generalmente ohmímetros llamados megóhmetros (miden resistencias muy grandes y abastecen el circuito con tensiones continuas de 500 V ver figura 151) que permiten leer directamente el valor de la resistencia de aislamiento sobre la escala del instrumento.

Figura 150 Medición de la resistencia de aislamiento

Para realizar esta medida emplee una tensión continua no inferior a 500 voltios y la resistencia medida no deberá resultar inferior al valor en megaohm (MΩ) expresado de la siguiente forma:

Figura 151 Megohmetro para medir la resistencia de aislamiento

Tensión normal de la máquina en voltios: Potencia de la máquina (kW) + 1000 y tomando como valor mínimo isible = 1MΩ Ejemplos: Determine el valor mínimo de la resistencia de aislamiento de un motor asincrónico de 147.2 kW funcionando a la tensión de 2300 V. Ra (resistencia de armadura) > 2300 > 2300 > 2 MΩ 147.2+1000 = 1147.2

Pruebas con tensión aplicada. Comprobado el valor de la resistencia de aislamiento puede pasar a ejecutar las pruebas con tensión aplicada. La prueba tiene como objeto la comprobación del aislamiento entre los embobinados de cada fase y entre estos y la masa. Esta prueba se realiza aplicando por 60 segundos a cada circuito de fase la tensión de prueba que es considerablemente más alta que la tensión nominal de funcionamiento de la máquina.

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Realice la prueba sobre cada embobinado de fase aplicando cada vez la respectiva tensión de prueba entre un embobinado de una fase y los demás embobinados conectados a masa y ésta conectada a tierra. Para realizar las pruebas con tensión aplicada se dispone generalmente de un transformador elevador de tensión, cuyos terminales están oportunamente conectados al circuito de prueba (vea la figura 152)

T

V

C2 C1

A

M R

L

Figura 152 Circuito de prueba

Si el aislamiento es de buena calidad y ha sido oportunamente escogido, éste no se deteriorará en el transcurso de la prueba.

2.4.11 PROCESO DE SECADO E IMPREGNACIÓN El proceso de secado e impregnación se realiza cuando ya se han efectuado y verificado todas las conexiones entre polos, y los cables flexibles de conexión a la red han sido empalmados a sus respectivos terminales y sujetados a los arrollamientos. Para ello realice lo siguiente:

PASO

1

Introduzca el estator en una estufa de secado, donde debe permanecer aproximadamente 1 hora a una temperatura de unos 120 ºC. Con este precalentamiento se consigue eliminar la humedad de los arrollamientos y facilitar así la posterior penetración del barniz.

La prueba puede ser efectuada con ambos terminales de A.T. (Alta tensión) aislados o con uno de los dos conectado a tierra. • En el primer caso también la carcasa del motor debe estar aislada eléctricamente del suelo. • En el segundo caso la carcasa debe estar conectada con una buena tierra. Al efectuar la prueba se debe empezar aplicando la tensión mínima posible y de todas maneras no superior a la mitad de la tensión de prueba, después se sube con continuidad la tensión hasta llegar al valor de prueba (el tiempo para pasar de mitad tensión a tensión de prueba debe ser de aproximadamente 10 segundos) Una vez que la máquina se encuentra bajo la tensión de prueba se deja ésta por el tiempo establecido (normalmente un minuto)

126

Figura 153 Secado del motor

PASO

2

Seguidamente sumerja el estator en un baño de barniz aislante adecuado al tipo de conductor empleado. Es muy importante recordar que el barniz debe ser suficientemente fluido para que pueda penetrar en los arrollamientos y suficientemente espeso para que deje una película consistente tras el secado.

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El barniz puede volverse excesivamente espeso por evaporación de su base líquida. Si esto ocurre dilúyase siempre con el líquido recomendado por el fabricante del mismo. Una vez impregnados los arrollamientos (lo cual ocurre tras una inmersión en el barniz de aproximadamente media hora, o bien cuando ha cesado por completo el desprendimiento de burbujas), se saca el estator del baño y se deja escurrir.

En algunos talleres se emplea un barniz a base de resina “epoxy” o de poliéster, que puede ser aplicado a los arrollamientos en menos de 20 minutos. Carece en absoluto de poder disolvente y ofrece el mismo grado de protección que los barnices ordinarios. Para impregnar los arrollamientos se calientan previamente los bobinados aplicando entre sus bornes la mitad, aproximadamente, de la tensión nominal.

Así que ha cesado de escurrirse se introduce de nuevo en la estufa, donde se deja secar por espacio de varias horas. Cualquiera que sea el tipo de barniz empleado, asegúrese de que han sido tenidas en cuenta todas las instrucciones y recomendaciones del fabricante del mismo. Después de extraer el estator de la estufa conviene frotar la superficie interior del núcleo con objeto de eliminar de ella el barniz adherido, que podría dificultar el libre giro del rotor.

A continuación coloque el estator en posición horizontal y se vierte el barniz sobre las cabezas de bobina, deje que se escurra a través de las ranuras. Una vez concluida la operación, se mantienen los arrollamientos calientes haciendo circular corriente por sus bobinas durante unos 5 minutos. Esto permite que el barniz se solidifique y endurezca rápidamente. Todo el proceso se realiza en menos de media hora.

La impregnación y el secado confieren a todo el bobinado las características de una masa compacta y rígida, sin posibilidad de movimiento; además, protegen herméticamente los arrollamientos contra la penetración de la humedad o de partículas extrañas, y elevan tanto la resistencia mecánica como la rigidez dieléctrica de los conductores.

La figura 155 muestra cómo se vierte el barniz sobre el devanado estatórico de un motor trifásico. De igual manera se procede con motores monofásicos. Para mas detalle consulte la sección 1.10.

Existen clases de barnices que no exigen ningún secado ulterior en la estufa, puesto que se secan por sí solos al o del aire. Son muchos los talleres que usan estos barnices para impregnar arrollamientos estatóricos de motores pequeños con aislamiento de clase térmica A. También en este caso deberían seguirse las recomendaciones del fabricante.

Figura 154 Barnices de impregnación

Figura 155 Impregnación del barniz en el estator

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2.4.12 MEDIDAS DE SEGURIDAD 1) Herramientas y equipo de medición. Para detectar fallas en los motores monofásicos, es necesario que cuente con el equipo y las herramientas correspondientes para realizar las mediciones. Observe que sus aparatos de medición estén en la escala necesaria ya que sino es así, su aparato y usted podrán sufrir daños. 2) Evite choques eléctricos. Al trabajar con los motores, ya sea para bobinar o hacer pruebas, verifique el estado de la corriente eléctrica, es decir, si va a trabajar en la reparación y no necesita que el motor esté conectado, desconéctelo. Y si por el contrario va a realizar pruebas estando el motor conectado, téngalo presente para evitar un choque eléctrico.

2.4.13 PROTECCIÓN AMBIENTAL Manipulación de desechos. Tenga un lugar específico para cada tipo de desechos, alambre, plásticos, aceites, barniz, etc. Esto le ayudará a utilizarlos y transportarlos sin contaminar el ambiente. Al aplicar el barniz tenga presente estar en un lugar ventilado para evitar intoxicación.

2.5

MOTOR TRIFÁSICO ASÍNCRONO DE JAULA DE ARDILLA

2.5.1

DEFINICIÓN

El motor asíncrono del tipo Jaula de Ardilla se fabrica en las más diversas potencias desde una fracción de caballo hasta varios miles. Tienen una característica de velocidad sensiblemente constante y una característica de par que varía ampliamente según los diseños. Hay motores trifásicos que poseen un elevado par de arranque, otros en cambio lo poseen reducido. Hay tipos diseñados para que absorban una corriente de arranque moderada, y otros que están previstos para absorber una corriente de arranque elevada. Se los construye para prácticamente todas las tensiones y frecuencias de servicio normalizadas y muy a menudo están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas. Los motores trifásicos se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc.

2.5.2

PARTES Y FUNCIONAMIENTO

La figura 156 muestra el aspecto exterior de un motor trifásico. Se compone de tres partes principales, estator, rotor y escudos. Constructivamente es similar al motor de fase partida pero está desprovisto de interruptor centrífugo.

Al hablar de un motor trifásico asíncrono quiere decir que se va a trabajar con un motor que será conectado a una alimentación de voltaje de tres fases. Operando como motor de inducción, su devanado del rotor estará siempre cortocircuitado, ya sea este del tipo de rotor devanado o de Jaula de Ardilla. En este manual en particular se analizará sólo el motor de Jaula de Ardilla, por ser el más utilizado. Figura 156 Motor trifásico

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El estator (vea la figura 157) consiste en una carcasa de fundición un núcleo formado por chapas magnéticas idéntico al empleado en motores de fase partida y un arrollamiento constituido por bobinas individuales alojadas en las ranuras del núcleo. El rotor puede ser del tipo de jaula de ardilla a base de barras y aros de aluminio fundidos conjuntamente en molde o bien bobinado. Tanto un tipo como el otro están provistos de un núcleo de chapas magnéticas ajustado a presión sobre el eje.

Como su nombre indica, el rotor bobinado lleva un arrollamiento especial dispuesto en las ranuras del núcleo cuyos terminales están conectados a tres anillos de fricción solidarios del eje. Igual que en los demás motores, los dos escudos se afianzan firmemente uno a cada lado de la carcasa con auxilio de pernos. En ellos van montados los cojinetes sobre los cuales se apoya y gira el eje del rotor. A tal efecto se emplean indistintamente cojinetes de bolas y cojinetes de resbalamiento. Funcionamiento del motor trifásico Las bobinas alojadas en las ranuras estatóricas están conectadas de modo que formen tres arrollamientos independientes iguales, llamados fases. En la figura 159 se representan esquemáticamente las tres fases o arrollamientos de un motor. Dichos arrollamientos están distribuidos y unidos entre sí de tal manera que al aplicar a sus terminales la tensión de una red de alimentación trifásica se genera en el interior del estator un campo magnético giratorio que arrastra el rotor y lo obliga a girar a determinada velocidad. Fase C

Figura 157 Carcasa motor asíncrono jaula de ardilla

La figura 158 muestra el aspecto interior de un motor de jaula de ardilla el cual es completamente similar al de un motor de fase partida.

Fase B Fase A

A

Figura 158 Rotor del motor

B

C

Figura 159 Fases o arrollamientos trifásicos

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2.5.3

BOBINADOS EN MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Como se ha hecho referencia con anterioridad el motor de inducción opera debido a la acción de un campo magnético que se produce en el bobinado del estator debido a que se tiene una alimentación trifásica con una serie de bobinados distribuidos equitativamente en el estator, esto hace que ese campo magnético generado circule o rote alrededor del estator y debido a que el bobinado del estator está cortocircuitado, ya sea en un motor de jaula de ardilla o en uno devanado, esto hace que se induzca en el rotor un campo magnético que es atraído por el campo magnético del estator, lo que hace que el rotor gire. Los bobinados del estator pueden conectarse externamente en una conexión delta o estrella, dependiendo del voltaje y de las características del propio motor. En la figura 160 se muestran el rotor del motor de inducción jaula de ardilla (vea la figura 160 a) y el de rotor bobinado (vea la figura 160 b)

a Anillos de fricción

En la figura 161 se muestra la disposición más común de las bobinas estatóricas en un motor trifásico, observándose si dicho motor se cortara por un punto cualquiera de su periferia y se desenrollara sobre una superficie plana en el supuesto de que todas las bobinas se han confeccionado individualmente, la figura 162 muestra ese aspecto.

Figura 161 Bobinas estatóricas de un motor trifásico

Paso 1 : 8 Ranura

Figura 162 Ranuras y pasos de bobina del estator

Cuando las bobinas se ejecutan individualmente una vez alojadas en el estator, es preciso unir un número predeterminado de ellas en serie para formar cada grupo respectivo. En la figura 163 se puede ver un grupo constituido por tres bobinas conectadas en serie.

b Figura 160 Rotores del motor de inducción

130

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A

B

Para verificar esto con un voltímetro, mida el voltaje de entrada en los terminales del motor de inducción, si el flip-on ha sido desconectado, no le debe medir ningún voltaje.

2.5.5 Figura 163 Bobinas en serie motor trifásico

Todas las bobinas de un motor trifásico poseen el mismo número de espiras y el mismo paso. De lo anterior se deduce que el número de bobinas coincide con el de ranuras.

2.5.4

A

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Nivel del voltaje de trabajo

Los motores de inducción trifásicos regularmente son de potencias grandes y por esta razón operan con voltajes trifásicos que también pueden ser del orden de los 120, 240 o hasta 480 voltios. En este sentido es importante como primer medida de seguridad saber el nivel de voltaje con el que se alimenta el motor, indiscutiblemente sea el nivel de voltaje que sea, siempre debemos de tomar las medidas y consideraciones el caso, pues una descarga eléctrica en nuestro cuerpo siempre va a causar daño.

B

Protección y equipo aislante eléctrico

Si es necesario que trabaje estando el motor eléctrico conectado a la red trabajando, es imprescindible que tenga puestos guantes de cuero, botas o zapatos con suela de cuero o hule etc., esto con el objetivo de que usted se encuentre aislado del voltaje eléctrico y el peligro de que sufra una descarga eléctrica sea mínima.

C

Desconexión del motor de la alimentación de voltaje

A

PROTECCIÓN AMBIENTAL

Ambiente limpio

Siempre debe tener presente que el medio ambiente pertenece a todos y que la propia salud depende de la higiene en el medio en que nos desempeñamos, en tal sentido mantenga siempre limpia el área de trabajo, depositando los desechos en el lugar que corresponde, ya sean estos madera, alambre, plásticos, etc.

B

Desechos tóxicos

Si va a utilizar barniz o algún liquido para limpiar el motor, aceite o grasa para lubricarlo, deposite o guárdelos en un lugar especifico para ello, recordando siempre rotular bien los depósitos o recipientes donde están guardados, a fin de evitar que se utilicen en otra cosa o que puedan ser ingeridos.

2.6

DETECCIÓN Y LOCALIZACIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS

Al no operar o funcionar un motor perfectamente, esto es señal o signo de que algo esta fallando y por consiguiente se deben de realizar las pruebas correspondientes para detectar donde está la causa del mal funcionamiento. A continuación se detallan las pruebas básicas a realizar.

Si usted puede trabajar fácilmente con el motor estando este último desconectado, hágalo, siempre verificando antes de meter las manos de que el flip-on ha sido desconectado o apagado.

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2.6.1

PRUEBAS A EJECUTAR

Después de haber efectuado la reparación o el bobinado de un motor trifásico es necesario someter su arrollamiento a determinadas pruebas con el objetivo de detectar la presencia de posibles defectos. Dichos defectos pueden consistir en os a masa, interrupciones, cortocircuitos, e inversiones de polaridad. a) os a masa. Para detectarlos se hace uso de la lámpara de prueba, del modo indicado en la figura 164. Para ello conecte un terminal de la lámpara a la carcasa del motor y el otro a uno de los bornes de éste. Si la lámpara enciende, esto es señal de que una de las fases del motor está en o a masa. Para mayor seguridad repita la operación con los tres bornes.

Si el motor está conectado en triángulo, separe las fases por los puntos de alimentación y luego compruébelos sucesivamente, vea la figura 166.

Carcasa

B

A

Punto neutro C

Terminales de prueba

Figura 165 Conexión estrella

Desconectado

Terminales de prueba

Figura 166 Conexión triángulo

Terminales de prueba Figura 164 Prueba de o a masa

Si la lámpara indica la existencia de este defecto, localícelo y repárelo antes de proceder a nuevas pruebas. Igual que en motores de otros tipos, intente primero localizar el defecto por simple inspección. Caso de no conseguido, habrá que desconectar cada fase y comprobarla por separado. Si el motor está conectado en estrella, desuna individualmente cada uno de los bobinados, como indica la figura 165.

132

Conocida la fase defectuosa localice la bobina donde reside la avería. Para ello empiece por desempalmar las conexiones entre los grupos de la fase defectuosa (vea la figura 167), y luego verifique cada grupo separadamente, con auxilio de la lámpara de prueba. A

A

A

A

Figura 167 Desconexión de fase defectuosa

Una vez identificado el grupo defectuoso, podrá localizar fácilmente la bobina averiada desuniendo todas las del citado grupo (vea la figura 168) y verificando sucesivamente en cada bobina.

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Identificada ya la bobina que se encuentra en o a masa, reemplácela por otra nueva o bien aíslela convenientemente renovando al propio tiempo el aislamiento de la ranura correspondiente. Bobina a masa por la ranura

En caso de que el motor estuviese conectado en triángulo, es preciso desconectar previamente las fases entre sí y luego verificarlas por separado (vea la figura 170) Igual que antes la lámpara no se encenderá cuando la fase comprobada sea la que tiene la interrupción.

Punto neutro

Figura 168 Desunión de las bobinas

Frecuentemente una causa de o a masa la constituye el desplazamiento eventual de una chapa del núcleo, que al sobresalir de la ranura presiona sobre el devanado y corta el recubrimiento del mismo con su agudo canto. Esto encuentra fácil remedio haciendo retroceder dicha chapa hasta que vuelve a ocupar su posición correcta. Otras veces es el propio aislamiento de la ranura el que presenta algún defecto o bien el que, por haberse deslizado, deja las chapas de la ranura al descubierto.

Terminales de prueba Figura 169 Prueba de cada fase

Desconectar

Finalmente la causa de la avería puede ser también debida a la colocación errónea de varias espiras entre el fondo de la ranura y el aislamiento de la misma. b) Interrupciones. Pueden ser causadas por la rotura del hilo en una bobina o por una conexión floja entre bobinas o entre grupos. Para detectar la posibilidad de una interrupción en un motor trifásico se emplea también la lámpara de prueba. Si el motor está conectado en estrella, se une un terminal de la lámpara al punto neutro y se van tocando sucesivamente con el otro los extremos de cada fase, como muestra la figura 169. La lámpara debe encenderse cada vez. Si al tocar el extremo de una fase la lámpara no se enciende, indica que dicha fase está interrumpida.

Terminales de prueba

Figura 170 Desconexión de cada fase

Para verificar cada polo de la misma fase se debe ir tocando sucesivamente cada una, tal como se muestra en la fig. 171. Si la lámpara se enciende al tocar con el terminal el final de un grupo, pero permanece apagada cuando se toca el final del grupo siguiente, el defecto reside en este último.

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Repitiendo la prueba con todos los puntos de conexión se llegará a identificar el grupo averiado. A B

C A B

C A B

C A B

C

Como se ve, el procedimiento no difiere substancialmente del empleado en caso de estrella simple. Si la conexión del motor fuese triángulo / doble paralelo, es necesario desempalmar los extremos de todas las ramas (seis también, en este caso) y verificarlas independientemente.

Term. prueba Figura 171 Prueba de la fase a

Existe la posibilidad de que la interrupción resida precisamente en alguna de estas conexiones entre grupos; en tal caso rehaga la unión y luego suéldela. Identificado ya el grupo defectuoso, desconecte los empalmes que las unen entre sí las bobinas del mismo y verifique cada bobina por separado (vea la figura 172)

Punto neutro

Term. prueba

Figura 173 Prueba de las seis conexiones

Term. prueba

Figura 172 Prueba para localizar la bobina defectuosa

Si el problema es la rotura del hilo de una bobina sustituya ésta por otra nueva o bien déjela provisionalmente fuera de servicio; cuando la interrupción se debe a una conexión floja entre bobinas o entre grupos, se soldarán los terminales sueltos y se encintará la unión. Si el motor estuviera conectado en estrella doble paralelo, debe determinar en cuál de las ramas se halla localizada la interrupción. Para ello conecte un terminal de la lámpara de prueba al punto neutro de la estrella y vaya tocando sucesivamente con el otro los extremos de todas las ramas, seis en este caso (vea la figura 173)

134

c) Cortocircuitos. Principalmente se deben a la poca práctica del operario encargado de devanar el motor el cual al alojar las bobinas en sus respectivas ranuras, fuerza excesivamente el aislamiento del hilo y lo deteriora. Los cortocircuitos entre espiras se localizan de la manera ya explicada al estudiar los motores de fase partida (sección 2.1) El método más común consiste en desplazar una bobina de prueba por el interior del estator (vea la figura 174) y observar si una delgada cinta metálica u hoja de sierra, situada sobre el otro extremo de la bobina o del grupo de bobinas explorados, se pone en rápida vibración. Esto es indicio de la presencia de un cortocircuito. Hay que tener presente que este método es ineficaz cuando hay varias ramas conectadas en paralelo; en tal caso, es preciso desempalmar todas las derivaciones antes de aplicar la bobina de prueba al estator. Si ésta se deja algunos minutos inmóvil sobre la bobina o bobinas con espiras cortocircuitadas, se apreciará cierto calentamiento en las mismas.

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Otra manera de localizar la bobina con cortocircuito consiste en poner en marcha el motor y dejarlo funcionar unos cuantos minutos.

Hoja de sierra Arrollamiento Zumbador

Figura 174 Desplazamiento de la bobina en el interior del estator

La bobina defectuosa se calentará mucho más que las restantes y podrá detectarse fácilmente con el tacto. También es posible detectar la presencia de un cortocircuito entre espiras conectando el motor a la red y midiendo la corriente que absorbe cada fase con auxilio de un amperímetro (preferiblemente del tipo de pinzas) Estas corrientes deben ser sensiblemente iguales si el sistema está equilibrado, es decir si no hay avería en el motor. Si la indicación del instrumento es muy superior para una de las fases que para las demás, es señal de que la primera tiene espiras en cortocircuito. d) Inversiones de polaridad. Conexiones erróneas de bobinas, grupos o fases son la causa principal, y tienen siempre por causa descuidos eventuales del bobinador o falta de competencia del mismo en su labor. e) Inversiones de bobinas. En todos los motores polifásicos, las bobinas pertenecientes a un mismo grupo deben estar conectadas de manera que la corriente circule por todas ellas en igual sentido. Si el operario ha ejecutado una o varias de estas conexiones erróneamente, la corriente circulará por

las bobinas afectadas en sentido contrario al debido, con las consiguientes inversiones de la polaridad. Efectuando el devanado por grupos no puede cometerse evidentemente este error, a menos que las bobinas se alojen en las ranuras al revés. El mejor método para localizar bobinas con la polaridad invertida es examinarlas visualmente todas, una por una sin embargo, ello no es siempre posible. Un sistema de comprobación muy seguro consiste en que alimente separadamente cada fase con una fuente de corriente continua a baja tensión, por ejemplo una batería, y recorra con una brújula todo el estator, junto al bobinado. A medida que la brújula pasa frente a cada polo de un misma fase, la aguja de la misma irá acusando alternativamente el cambio de polaridad: primero señalará un norte, luego un sur, seguidamente otro norte, etc. Si al hallarse ante un polo, la aguja se mantiene en una posición más bien indefinida, habrá probablemente una bobina con las conexiones invertidas en dicho polo. Esta bobina crea un campo magnético de sentido opuesto al creado por las demás, lo cual debilita el campo resultante y el efecto de éste sobre la aguja de la brújula. f) Inversiones de grupos. Considere primeramente que el motor está conectado en estrella. Para identificar grupos con la polaridad invertida aplique un terminal de una fuente de corriente continua a baja tensión al centro de la estrella, y el otro al extremo de cada fase, por orden sucesivo. Seguidamente mueva una brújula por el interior del estator, y observe la indicación de la aguja cuando aquélla pasa frente a cada grupo. Si la aguja magnética se invierte cuando se pasa de un grupo al siguiente de la misma fase, ello indica que dichos grupos están correctamente conectados entre sí. La figura 175 muestra el esquema de un motor trifásico bipolar, cada una de cuyas fases ha sido verificada con auxilio de la brújula. Se observa que los dos grupos de cada fase acusan polaridad contraria.

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Si el motor está conectado en triángulo, abra el circuito por un punto cualquiera y aplique a ambos extremos los terminales de la fuente de corriente continua a baja tensión. Si la aguja de la brújula se invierte siempre al pasar de un grupo al siguiente, las polaridades de todos son correctas.

Brújula

A

B

C

A

B

C

Brújula

A

B

C

A

B

C Figura 176 Prueba de fases

2.6.2 Figura 175 Prueba de inversión de grupo

g) Inversiones de fases. Un error que se comete muy a menudo al conectar las fases de un motor es invertir la polaridad de la fase intermedia. Este error puede detectarse fácilmente con auxilio de la brújula. Suponiendo conectado el motor en estrella, aplique ante todo una fuente de corriente continua a baja tensión entre el punto neutro y el extremo de cada fase, por orden sucesivo. Seguidamente verifique los grupos uno por uno como se ha explicado anteriormente, y anote las polaridades respectivas. Si, como en el caso de la figura 176, la aguja indica tres polos norte consecutivos, tres polos sur consecutivos, etc., es señal de que la fase intermedia B está mal conectada y su polaridad debe ser, por consiguiente, invertida.

136

SOLUCIÓN BÁSICA

Se presentan a continuación los problemas más frecuentes en motores trifásicos. 1) El motor no arranca a) Fusible fundido b) Cojinetes desgastados e) Sobrecarga d) Fase interrumpida e) Bobina o grupo de bobinas con cortocircuito entre espiras f) Barras rotóricas flojas g) Conexiones internas erróneas h) Cojinetes agarrotados i) Combinador defectuoso f) Arrollamiento con o a masa 2) El motor no funciona correctamente a) Fusible fundido b) Cojinetes desgastados c) Bobina con cortocircuito entre espiras d) Fase con la polaridad invertida e) Fase interrumpida f) Conexión en paralelo interrumpida g) Arrollamiento con o a masa h) Barras rotóricas flojas i) Tensión o frecuencia incorrectas

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3) El motor gira despacio

Red

a) Bobina o grupo de bobinas con cortocircuito entre espiras b) Bobinas o grupos de bobinas con la polaridad incorrecta c) Sobrecarga. d) Fase con la polaridad invertida e) Barras rotóricas flojas

Int. cerrado

Term. Prueba Fusibles

Motor trifásico Figura 178 Prueba de fusibles sin quitarlos

4) El motor se calienta excesivamente a) Sobrecarga b) Cojinetes desgastados o ajustados con exceso c) Bobina o grupo de bobinas con espiras en cortocircuito d) Funcionamiento como monofásico e) Barras rotóricas flojas

Cuando se quema un fusible mientras un motor trifásico está en marcha, el motor sigue funcionando como uno monofásico (vea las figuras 179 y 180) Sin embargo, puesto que sólo trabaja parte del arrollamiento, ésta deberá soportar toda la carga.

a) Fusible fundido. Quite cada fusible y verifique con la lámpara de prueba, según indica la figura 177. Si la lámpara se enciende, el fusible es bueno; en caso contrario, está fundido y debe ser reemplazado.

Por consiguiente, si el motor continúa girando en estas condiciones, aunque sea por poco tiempo la parte activa de su arrollamiento se calentará intensamente y acabará por quemarse. Además el motor tendrá una marcha ruidosa y dificultades para impulsar la carga.

Terminales de prueba

Lámpara de prueba

Fusible quemado

Fusible Figura 177 Prueba de fusibles

Para verificar los fusibles sin necesidad de sacarlos de los portafusibles, conecte los dos terminales de la lámpara. (Se prueba sobre los extremos de cada fusible como muestra la figura 178), si al cerrar el interruptor de alimentación se enciende la lámpara el fusible verificado está interrumpido.

Figura 179 Fusible quemado motor conexión estrella

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Fusible quemado

Si dicho movimiento resulta posible uno de los cojinetes está desgastado. En tal caso desmonte el rotor e inspeccione detenidamente el núcleo del mismo para ver si presenta señales de roce con el estator. Esto confirmará el mal estado de uno o ambos cojinetes, que deberán ser forzosamente reemplazados. Cuando el motor es grande, el estado de los cojinetes se comprueba mediante un calibrador de láminas como el presentado en la figura 182.

Figura 180 Fusible quemado motor conexión delta

Para comprobar si se trata efectivamente de dicha anomalía pare el motor e intente volverlo a poner en marcha. Si el motor no arranca, es señal de que uno de los fusibles está quemado. Si el motor está conectado en estrella I doble paralelo, en la fase interrumpida se inducirá una corriente que acelerará la destrucción del arrollamiento. Evite esta eventualidad siempre que sea posible. b) Cojinetes desgastados. Cuando los cojinetes están desgastados, el rotor roza contra el estator y la marcha del motor es ruidosa. Si el desgaste de los cojinetes es tal que el rotor queda descansando plenamente sobre el núcleo estatórico, la rotación del motor es imposible. Si el motor es pequeño, para detectar esta anomalía mueva un extremo del eje del rotor hacia arriba y hacia abajo, como indica la figura 181.

Figura 182 Láminas de prueba para cojinetes

Si los cojinetes se hallan en buenas condiciones, el entrehierro (espacio de aire existente entre el rotor y el estator) debe ser el mismo en cualquier punto de la periferia (vea la figura 183) Si se encuentran diferencias es que los cojinetes están desgastados. Se procederá entonces a su sustitución.

Estator Rotor Entrehierro Insertese aquí el calibre

Figura 181 Prueba de cojinetes

138

Figura 183 Espacio constante en los entrehierros

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c) Sobrecarga. Para saber si el motor trabaja sobrecargado, quite la correa del motor y trate de hacer girar a mano el árbol al que va acoplada la carga (vea la figura 184) Es frecuente que dicho árbol no pueda girar por haber algún mecanismo roto o sucio que lo impide. Otro sistema consiste en conectar un amperímetro en serie con cada línea de alimentación. Si la indicación del instrumento es superior al valor que figura en la placa de características, el motor trabaja probablemente sobrecargado. Muchos talleres y operarios emplean instrumentos de pinzas combinados (a la vez amperímetro, voltímetro y ohmímetro) para verificar la corriente que absorbe cada fase del motor. Las corrientes que circulan por las fases deben ser sensiblemente iguales entre sí y próximas al valor indicado en la placa de características. Si la lectura correspondiente a una fase es excesivamente elevada y distinta de las otras dos, debe considerar la existencia de espiras en cortocircuito en dicha fase. Este instrumento combinado, que se usa para medir la tensión, la corriente y la resistencia, encuentra aplicación en toda clase de motores, desde los de fase partida hasta los trifásicos. Puede emplearlo para identificar terminales sin designación en motores de fase partida, con auxilio de la escala de ohmios y también para comprobar la tensión entre partes componentes de motores y arrancadores.

La figura 185 le indica la forma de medir la corriente con un amperímetro de gancho en cada línea de alimentación de un motor trifásico. Red

Interruptor cerrado

Motor trifásico

Figura 185 Medición de corriente en cada fase

d) Fase interrumpida. Si se produce alguna interrupción en un arrollamiento mientras el motor se halla en marcha, éste continuará funcionando, aunque desarrollará menos potencia, si tiene lugar mientras el motor está parado, no será posible volver a arrancarlo. La interrupción puede estar localizada en una bobina o en la conexión entre dos grupos de bobinas. Normalmente está ocasionada por la rotura del hilo o por un o flojo en una conexión. Si la interrupción radica en una bobina, es necesario que sustituya ésta por otra nueva. Si fuese imposible disponer de una bobina de recambio, puede solucionarse eI problema dejando fuera de servicio la antigua. Para ello, una vez localizada la bobina defectuosa, póngala en cortocircuito por medio de un puente que une el principio y el fin de la misma (vea las figura 186 y 187)

Correa del motor Carga

Figura 184 Prueba de sobrecarga

Esta solución es puramente provisional y sólo debe aplicarse cuando el rebobinado es impracticable. Por otra parte, no puede realizarlo si las bobinas están confeccionadas por grupos. Como observará, los efectos de una fase interrumpida sobre la marcha o el arranque del motor son completamente análogos a los de un fusible fundido.

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Por el mismo motivo pueden quemarse otras bobinas, con lo cual un grupo entero de ellas o incluso una fase resultará averiada.

Bobina rota

Puente del final de la primera bobina al principio de la tercera Figura 186 Puente en bobina rota

Bobina rota

Las bobinas con cortocircuitos se dejan fuera de servicio de modo distinto que las interrumpidas. Primero localice la bobina defectuosa por medio de una bobina exploradora o bien visualmente (el aspecto y el olor delatan casi siempre el punto de quema) Luego seccione íntegramente la bobina por la cabeza opuesta a las conexiones y se retuercen a cada lado los hilos cortados sobre sí mismos, como indica la figura 188. Antes de retorcerlos asegúrese de que los hilos cortados están desprovistos de aislamiento. El mismo método se aplica a las bobinas confeccionadas por grupos. Cuando se ha quemado un grupo completo de bobinas es necesario rehacer todo el arrollamiento del motor. Bobina quemada

Las espiras se cortan por aquí

Puente Figura 187 Prueba de interrupción de una bobina

e) Bobina o grupo de bobinas con espiras en cortocircuito. Los cortocircuitos entre espiras determinan una marcha ruidosa del motor y el desprendimiento de humo. Tras localizar las bobinas defectuosas, sea por inspección visual, o midiendo la corriente absorbida por cada fase, substitúyalas por otras nuevas. Cuando el esmalte aislante que protege el hilo se resquebraja, entran varias espiras en o directo y la bobina afectada se calienta intensamente, hasta que termina por quemarse.

140

Hilos retorcidos

Bobina quemada fuera de circuito

Figura 188 Detección de bobinas quemadas

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f) Barras rotóricas flojas. Esto da lugar a un funcionamiento ruidoso del motor, a una pérdida de potencia en el mismo y a la producción de chispas entre las barras y los aros frontales de la jaula de ardilla. En motores con rotor de jaula, las barras rotóricas quedan puestas en cortocircuito por ambos extremos mediante dos aros de cobre. Si alguna o varias de estas barras se aflojan (vea la figura 189) y dejan de establecer buen o con dichos aros, el motor funciona en malas condiciones e incluso puede no funcionar del todo.

Si las conexiones internas son correctas, la bola girará por el interior del núcleo del estator como muestra la figura 190, si las conexiones internas son erróneas, la bola permanecerá en reposo. Cuando el motor es de tamaño mediano o grande conviene utilizar una tensión de alimentación reducida, pues de lo contrario puede quemarse un fusible.

Interruptor cerrado

Cojinetes de bolas

Barra floja del rotor Figura 189 Barras rotóricas flojas

Las barras rotóricas flojas pueden descubrirse por simple inspección visual o bien haciendo girar el rotor por encima de una bobina de prueba. Cada vez que pase una barra notará una vibración de la hoja de sierra; de no ser así, la barra no efectúa o con uno de los aros. La solución consiste en volver a soldar todas las barras flojas. Estas observaciones no son aplicables a los rotores de aluminio, en los que barras y aros han sido fundidos de una sola pieza. g) Conexiones internas erróneas. Un buen sistema para saber si las conexiones internas de un motor polifásico son correctas o no, consiste en que desmonte el rotor, coloque una bola de cojinete de gran tamaño en el interior del estator y cierre el interruptor de alimentación del arrollamiento estatórico.

Figura 190 Prueba de las conexiones internas

h) Cojinetes agarrotados. Cuando la parte del eje que gira dentro de un cojinete está falta de lubricación, el eje se calienta intensamente y se dilata hasta el punto de quedar inmovilizado en el cojinete. En muchos casos el propio cojinete se funde y queda soldado con el eje, haciendo con ello imposible el movimiento de éste. Entonces se dice que los cojinetes están agarrotados. Para solventar las anomalías, pruebe a desmontar ambos escudos; el que cueste más de sacar será el que lleva el cojinete defectuoso. Desmonte este escudo junto con el rotor, mantenga este último en posición fija y haga girar el escudo hacia adelante y hacia atrás. Si esta operación resulta imposible, afloje el tornillo que mantiene al cojinete en su alojamiento y pruebe a extraer conjuntamente rotor y cojinete, teniendo cuidado de no arrastrar el anillo de engrase. El cojinete podrá luego separarse del eje golpeándolo con un martillo.

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Probablemente será necesario tornear después el eje a un diámetro algo menor y adaptarle otro cojinete. Si el cojinete es de bolas, se substituirá por otro nuevo. i) Combinador defectuoso. Si los os del combinador no cierran bien el motor no arrancará. La localización y reparación de esta avería se explica mas adelante. j) Arrollamiento con o a masa. Este defecto se nota por la sacudida que se recibe al tocar cualquier parte metálica del motor mientras se halla conectado. Si los os a masa son más de uno, se produce un cortocircuito, el cual quema el arrollamiento o eventualmente hace quemarse un fusible. La presencia de esta avería se detecta con la lámpara de prueba. La reparación se efectúa rebobinando el arrollamiento entero o bien reemplazando la bobina defectuosa. k) Fase con la polaridad invertida. Esta anomalía queda puesta de manifiesto porque el motor gira a una velocidad inferior a la de régimen y emite un ronquido característico. Se comprobarán todas las conexiones mediante el esquema correspondiente y se reharán las que sean erróneas. l) Conexión en paralelo interrumpida. Se traduce por un zumbido característico del motor y por la dificultad que éste experimenta a arrastrar la plena carga. Verifique cuidadosamente todos los circuitos en paralelo.

2.6.3

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Aplique las siguientes medidas de seguridad: Nivel del voltaje de trabajo Los motores de inducción trifásicos regularmente son de potencias grandes y por esta razón operan con voltajes trifásicos que también pueden ser del orden de los 120, 240 o hasta 480 voltios.

142

En este sentido es importante como primer medida de seguridad saber el nivel de voltaje con el que se alimenta el motor, indiscutiblemente sea el nivel de voltaje que sea, siempre debe de tomar las medidas y consideraciones el caso, pues una descarga eléctrica en el cuerpo siempre va a causar daño. Desconexión del motor de la alimentación de voltaje Si trabaja fácilmente con el motor estando este último desconectado, hágalo, siempre verificando antes de meter las manos de que el flip-on ha sido desconectado o apagado. Para verificar esto con, un voltímetro, mida el voltaje de entrada en los terminales del motor de inducción, si el flip-on realmente ha sido desconectado, no le debe medir ningún voltaje.

2.6.4

PROTECCION AMBIENTAL

Es importante que en todo trabajo eléctrico o electromécanico que realice disponga de recipientes con tapaderas para almacenar todos los materiales que se han usado en el mantenimiento de los motores, tales como wipe, restos de aislantes plásticos, papeles aislantes, alambre magneto o esmaltado, conductores de cobre o aluminio e instrumentos desechables que se utilizan para la aplicación de barnices o solventes. Esto le servirá para prevenir cualquier tipo de accidente por contaminación o el inicio de incendios debido a lo inflamable de los materiales.

2.7

PROCESO DE BOBINADO DE MOTORES TRIFÁSICOS

El bobinado de motores trifásicos de inducción viene siendo similar al motor monofasico de fase partida, con la diferencia de que se tienen tres fases y motores con mayores potencias de operación. A continuación se describen varias operaciones independientes, que son:

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2.7.1

TOMA DE DATOS

Los datos que debe anotar son los siguientes: 1) los que figuran en la placa de características del motor; 2) el número de ranuras estatóricas; 3) el número de bobinas; 4) la clase de conexión entre bobinas; 5) el número de espiras de cada bobina; 6) la forma y las dimensiones de cada bobina; 7) el paso de bobina; 8) la clase de aislamiento empleado en las ranuras; 9) la sección del conductor y el espesor de su aislamiento. Potencia(CV) Frecuencia Temperatura isible Número de bobinas Diámetro del conductor Bobinas/grupo

Estos datos deben ser lo más completos y claros posible, al objeto de que pueda procederse al rebobinado del motor sin pérdida de tiempo. El mejor procedimiento es reunirlos en una hoja de datos como la que se expone a continuación.

Velocidad Tensión (V) Corriente (A) (r.p.m.) Tipo Cifra clave Factor sobrecarga Modelo Número serie Fases Número de ranuras Conexión Espiras bobina Número grupos Número de polos Paso de bobinas

La figura 191 muestra esquemáticamente la disposición más corriente de las bobinas estatóricas en un motor trifásico.

Figura 191 Prueba de las conexiones internas

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La figura 192 reproduce el aspecto que ofrece una parte del arrollamiento trifásico mencionado si se cortara el estator por un punto cualquiera de su periferia y se desarrollase sobre una superficie plana, en el supuesto de que todas las bobinas se hubiesen confeccionado individualmente. Las bobinas ofrecerán, en cambio, el aspecto que se muestra en la misma figura ( vea la figura 191), si .hubiesen sido confeccionadas por grupos como es normal en la mayoría de los motores de pequeño y mediano tamaño. Paso 1 : 8 Ranura

Figura 192 Parte de un arrollamiento estatorico

Cuando las bobinas se ejecutan individualmente una vez alojadas en el estator es preciso unir un número predeterminado de ellas en serie para formar cada grupo respectivo. En la figura 193 puede ver un grupo constituido por tres bobinas conectadas en serie. Todas las bobinas de un motor trifásico poseen el mismo número de espiras y el mismo paso. A

B

2.7.2

EXTRACCIÓN DEL ARROLLAMIENTO ANTIGUO

Mientras se realiza esta operación puede tomar los datos restantes necesarios para el bobinado. Antes de extraer el arrollamiento estatórico de las ranuras determine y anote de qué modo están unidos entre sí los diversos polos o las diversas ramas de arrollamiento, y cuál es la clase de conexión entre fases. Los motores trifásicos están normalmente previstos para trabajar a una o dos tensiones de servicio y para girar a dos, tres o cuatro velocidades de régimen, lo cual exige una gran variedad de conexiones (en triángulo, en estrella, en serie, en paralelo y todas las combinaciones posibles entre éstas) La fácil identificación de tales conexiones requiere un conocimiento previo de los tipos más usuales de arrollamiento trifásico y de las diferentes conexiones básicas que los caracterizan. Los motores trifásicos de gran tamaño tienen las ranuras estatóricas abiertas (vea la figura 176 A) Para extraer el arrollamiento de los mismos basta simplemente con que quite las cuñas que cierran las ranuras y saque las bobinas una tras otra. En los motores de pequeño y mediano tamaño las ranuras estatóricas son, por el contrario, semicerradas (vea la figura 194 B), lo cual puede suponer una mayor dificultad para la extracción de las bobinas.

Figura 193 Bobinas conectadas en serie

Analizando la figura 192 se deduce que el número de bobinas coincide con el de ranuras. Algunos motores tienen doble número de ranuras que de bobinas: son los que llevan el arrollamiento llamado de fondo de cesta. En este manual se tratará únicamente de arrollamientos con igual número de bobinas que de ranuras.

144

Puesto que los arrollamientos han sido sometidos normalmente a un proceso de secado para conferirles rigidez, y algunos han sido además “encapsulados” (cubiertos con un barniz a base de resina “epoxy”, como protección adicional), casi siempre es necesario carbonizar previamente el aislamiento que llevan. Para esto introduzca el estator en una estufa adecuada y ajuste convenientemente la temperatura de la misma.

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B Semicerradas

A Abiertas Figura 194 Ranuras estatóricas

En muchos talleres se cortan todas las bobinas por un lado del estator y luego se extraen por el otro tirando de ellas, tras haber carbonizado el aislamiento (vea las figuras 195 a y b) Se conservará intacta una de las bobinas extraídas, a fin de que su forma y dimensiones sirvan de modelo para la ejecución de las nuevas.

Durante la extracción del arrollamiento proceda a anotar el paso de las bobinas (vea la figura 196), el número de espiras de cada bobina, el tamaño de las bobinas y el calibre y la clase de aislamiento del conductor empleado. Antes de sacar las bobinas de las ranuras es también muy importante medir y anotar la distancia que las cabezas de bobina sobresalen por ambos lados del estator. Al confeccionar las bobinas nuevas tenga cuidado de evitar que dicha distancia sea rebasada. Paso 1 : 8 Ranura

Figura 196 Anotación de todos los datos de las bobinas

2.7.3

AISLAMIENTO DE RANURAS

El aislamiento original será reemplazado por otro de igual calidad y espesor. Es usual el empleo de aislamiento con los bordes doblados (vea la figura 197) para motores de tamaño pequeño o mediano; el material elegido varía para cada clase particular de motor. Otras veces se prefiere utilizar aislamiento liso y aplicar tiras dobladas en sus bordes.

A

El aislamiento con bordes doblados lo venden en rollos de anchuras normalizadas. Se corta al tamaño conveniente con auxilio de una cizalla, cuchilla o tijera y luego se le da la forma necesaria para que encaje bien en los lados de las ranuras. Muchos talleres emplean con este objeto un pequeño dispositivo llamado molde u horma del aislamiento. B Figura 195 Ranuras estatóricas

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Forma inicial de la bobina Tira adhesiva Forma definitival de la bobina Figura 199 Bobinado de motores pequeños

Los motores trifásicos de gran tamaño suelen llevar ranuras abiertas por cuyo motivo se acostumbra encintar toda la bobina (vea la figura 200) Figura 197 Aislamiento con bornes doblados

2.7.4

CONFECCIÓN DE BOBINAS

En motores de cierto tamaño, las bobinas utilizadas tienen forma hexagonal, es decir, seis lados (vea la figura 198), sin embargo en motores más pequeños es corriente encontrar bobinas inicialmente rectangulares, dos de cuyos lados han sido ligeramente doblegados (vea la figura 199) Sea cual fuere su forma inicial, pues las bobinas de los motores polifásicos se confeccionan siempre con auxilio de hormas (llamadas también gálibos, plantillas o moldes), y sólo una vez construidas se alojan en las ranuras correspondientes. Para motores con potencias hasta unos 75 CV se emplean bobinas tipo “madeja”, es decir, bobinas en las cuales las espiras arrolladas quedan dispuestas más bien al azar que no en capas. Lado de la bobina

Toda encintada

La cinta normalmente empleada a este respecto es de algodón, si bien resulta preferible el uso de cinta de fibra de vidrio, utilice siempre un tipo de cinta compatible con la clase de aislamiento que lleva el motor. Lado de la bobina

Toda encintada

Figura 200 Encintado de toda la bobina

Las bobinas destinadas a motores de tamaño mediano no pueden dejarse completamente encintadas, ya que por estar dichos motores provistos generalmente de ranuras semicerradas, es común tener que introducir las espiras de cada bobina una por una en su respectiva ranura. En tal caso sólo se encintan las cabezas de bobina, es decir las partes de bobina que sobresalen a ambos lados del núcleo (vea la figura 201)

Figura 198 Forma exagonal de la bobina

146

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Las bobinas de motores de pequeño tamaño pueden confeccionarse inicialmente de forma rectangular y convertirse luego en hexagonales tirando por el centro de los lados mayores (vea la figura 203) los dos lados rectos son los que se alojan en las ranuras, y los dos lados doblados constituyen las cabezas.

Lado de la bobina

Lados no encintados Cabezas encintadas

Estas cabezas de bobina tienen la ventaja de sobresalir poco. Por supuesto, tales bobinas pueden también ejecutarse directamente de forma hexagonal, o con cabezas redondeadas. La mayor parte de los talleres utilizan la horma ajustable de la figura 203 para devanar bobinas hexagonales pequeñas y la de figura 204 para confeccionar bobinas con cabezas redondeadas.

Figura 201 Encintado de las cabezas de la bobina

Muchos talleres ni siquiera encintan las bobinas, sino que se limitan a sujetarlas por las cabezas posteriores y los terminales con auxilio de un cordel o de una tira de papel adhesivo (vea la figura 202), para evitar que se deshagan.

Tira adhesiva Figura 203 Horma de cabeza ajustable

Bobina sin encintar

Forma inicial de la bobina Figura 202 Sujeción en las cabezas de las bobinas

Figura 204 Horma de cabeza redonda

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Los bobinas pueden ejecutarse individualmente (uno sola vez), o bien por grupos (varias cada vez). La mayoría de los motores polifásicos, exceptuando tan sólo los de gran tamaño y los que tienen ranuras abiertas, llevan bobinas devanadas por grupos.

Las bobinas, una vez concluidas, se extraen sin dificultad y tirando ligeramente de los brazos y dándoles un giro de 180º, de modo que las guías miren hacia el interior; al quedar aflojada la tensión de la horma, las bobinas pueden hacerse deslizar hacia fuera sin esfuerzo alguno.

El número de bobinas de que consta cada grupo depende del número de ranuras estatóricas y del número de polos del motor, como se verá más adelante. Con el devanado por grupos se ejecutan varias bobinas consecutivamente, es decir, sin cortar el conductor. Esto supone un ahorro de tiempo, ya que evita la necesidad de conectar luego los terminales de las bobinas entre sí. La figura 205 muestra una horma ajustable montada sobre una devanadora de banco. El hilo se arrolla sobre seis rodillos giratorios provistos de gargantas de guía.

Figura 206 Horma con cuatro manivelas

La figura 207 indica el modo cómo se ejecuta el devanado por grupos.

Figura 205 Horma ajustable en devanadora de banco

En la figura 206 puede ver otro tipo de horma bastante usado cuatro manivelas solidarias del mecanismo permiten ajustar simétricamente con respecto al centro la posición de cada par de brazos de guía opuestos. Con esta horma pueden confeccionarse bobinas tipo “madeja” para toda clase de motor trifásico hasta 75 CV.

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Grupo de bobinas extraído de la horma Figura 207 Devanadora en grupos de bobinas

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Los dos tipos de bobinas mencionados anteriormente son los que se emplean en estatores provistos de ranuras semicerradas. Estas bobinas se encintan o no de acuerdo con las normas observadas en cada taller o la costumbre de cada operario. Son muchos los talleres donde no se encintan las bobinas destinadas a motores de tamaño pequeño o mediano, en tal caso al alojar las bobinas en las ranuras se dispone generalmente entre los primeros elementos acanalados de separación o bien aislamientos de anchura y espesor adecuados. Entre bobinas pertenecientes a fases distintas, la interposición de aislamiento es imprescindible. La ejecución de bobinas destinadas a estatores con ranuras abiertas exige el uso de moldes especiales. Con el objeto de que los lados de bobina se adapten perfectamente a la forma de las ranuras, deben ser de sección cuadrada o rectangular. Una vez conformadas convenientemente, dichas bobinas se encintan por completo, sea a mano, sea con auxilio de una máquina de encintar. Para encintar una bobina puede procederse como se indica a continuación. Empiece el encintado por un punto próximo a uno de los terminales (vea la figura 208), prosiga a lo largo de toda la bobina hasta alcanzar el otro terminal. Asegúrese de que cada vuelta de cinta quede parcialmente superpuesta sobre la vuelta anterior, aproximadamente en la mitad del ancho de la cinta. Encinte entonces el segundo terminal en una longitud de 2 a 3 cm sobre su manguito y continúe con la bobina hasta alcanzar el primer terminal, que se encintará de forma idéntica al segundo.

Manguito del terminal

Manguito del terminal Principio y sentido del encintado

Cinta de algodón

Figura 208 Encintado de la bobina

2.7.5

COLOCACIÓN DE BOBINAS EN RANURAS

La figura 209 indica el modo de proceder. Separe un poco el haz de espiras de uno de los lados de la bobina, y manteniendo ésta inclinada el ángulo conveniente para que todas las espiras puedan penetrar en la ranura. Asegúrese de que todas ellas quedan alojadas en el interior del aislamiento de la ranura, pues si por descuido cae alguna entre éste y el núcleo estatórico, puede originarse un o a masa. Seguidamente empuje dicho lado de bobina hacia el fondo de la ranura, hasta que todas sus espiras hayan quedado dispuestas en él. El otro lado de la bobina déjelo fuera, como muestra la figura 210. Observe que cada lado de bobina ocupa solamente la mitad de una ranura.

Prosiga la operación con el resto de la bobina, hasta llegar al punto de partida y asegúrese bien el extremo con cinta adhesiva. Las bobinas previstas para alojar en ranuras semicerradas se encintan de forma similar, pero solamente por ambas cabezas; las partes de cada bobina que deben quedar insertadas en las ranuras (o sea, los lados) se dejan libres. Estas bobinas también pueden encintarse a mano o bien mediante máquinas adecuadas. Figura 209 Separacion del haz de espiras

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Figura 210 Seccion de la bobina externa

A continuación aloje un lado de la segunda bobina en la ranura contigua a la primera ya ocupada, como indica la figura 211, y proceda de igual manera con las bobinas sucesivas, hasta que todas las ranuras abarcadas por un paso completo de bobina contengan un lado de cada bobina en su mitad inferior. El segundo lado de cada bobina déjelo fuera hasta que el fondo de la ranura que le corresponde ha sido ocupado por el primer lado de otra bobina, a partir de cuyo momento puede alojarse ya en la parte superior de dicha ranura. En la práctica sin embargo, no suele llevarse a cabo esta última operación hasta que el devanado estatórico se halla casi concluido. Lado de arriba fuera de la ranura

Aislante sobre la ranura para proteger el hilo contra el roce

Ranura 1 Ranura 2

Lado de fondo Primera bobina en su sitio

1. bobina 2. bobina Segunda bobina en su sitio

Un lado en la ranura

Figura 211 Ubicación de la primera y segunda bobina

Cuando las bobinas se confeccionan por grupos, se ejecuta siempre cada vez un grupo completo, el cual se dispone en las ranuras del modo explicado anteriormente e indicado en la figura 212 procurará que los lados de bobina sobresalgan suficientemente por ambos extremos de las ranuras, a fin de evitar que los codos puedan presionar contra los bordes de éstas.

Terminales

Figura 212 Ubicación por grupos de las bobinas 150

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Como observara con este tipo de devanado llamado de dos capas, cada bobina tiene un lado alojado en el fondo de una ranura (lado inferior) y el otro en la parte superior de otra ranura (lado superior), distanciada de la primera un número de ranuras equivalente al paso del bobinado. Puesto que los dos lados de bobina alojados en una misma ranura suelen pertenecer a una fase distinta, aíslelos convenientemente entre sí. Para ello puede proceder de la manera indicada en la figura 213, aplicable tanto a ranuras abiertas como a ranuras semicerradas. Antes de alojar el lado superior de bobina en cada ranura inserte sobre el inferior una tira doblada de material aislante de espesor comprendido entre 0.25 y 0.4 mm cortada de modo que se adapte al ancho de la ranura y que sobresalga unos 12 mm por ambos extremos de ésta: Una vez introducido el lado superior de bobina cierre la ranura con una cuña de madera o de fibra prensada al objeto de inmovilizar el devanado. La cuña de sección rectangular o redonda, debe sobresalir unos 3 mm por ambos extremos de la ranura. Tira aislante

1. Se aloja un lado de bobina en el fondo de la ranura

2. Se coloca una tira aislante sobre el lado inferior de bobina

Cuña

Lado superior de la bobina 3. Se introduce el lado superior de la bobina

Tira aislante

4. Se cierra la ranura con una cuña

Figura 213 Ubicación de las bobinas en la ranura

La figura 214 muestra un estator trifásico durante el proceso de colocación de las bobinas e inserción del aislamiento entre grupos. Esta última operación se efectúa a medida que se va alojando cada grupo de bobinas en sus ranuras, disponiendo un grueso reforzado de aislamiento sobre los lados inferiores y cubriendo los superiores con una pieza aislante en forma de U. El material empleado acostumbra a ser tela barnizada tejido de fibra de vidrio, etc. Observe que las bobinas han sido confeccionadas arrollando simultáneamente tres hilos en paralelo.

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2.7.9

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Las medidas de seguridad a seguir son las mismas indicadas en la sección 2.4.12, referentes al proceso de rebobinado, secado e impregnacion de los barnices.

2.7.10 PROTECCIÓN AMBIENTAL

Figura 214 Colocación de las bobinas en un estator trifásico

Aplique las medidas de protección ambiental proporcionadas en la sección 2.6.4.

Mis apuntes 2.7.6

EMPALMADO DE TERMINALES Y AISLAMIENTO DE UNIONES

Este procedimiento es el mismo que se realiza con los motores monofásicos de fase partida, por lo que lo referimos a la sección 2.4.8 donde se explica dicho procedimiento con detalle.

2.7.7

PRUEBAS EN BOBINADOS

Las pruebas de aislamiento vistas en motores monofásicos de fase partida aplican para los motores trifásicos vistos en la sección 2.4.10 por lo que para mayor detalle ver la sección indicada.

2.7.8

PROCESO DE SECADO E IMPREGNACIÓN

El proceso de secado e impregnación es el mismo que se realiza para los motores monofásicos de fase partida descrita en la sección 2.4.11.

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Actividades Instrucciones: Con la ayuda y orientación del (de la) facilitador (a) y la consulta de los contenidos estudiados, realice las siguientes actividades. 1

Condensadores para motores monofásicos Con sus compañeros de estudio formen un grupo de 5 personas, investiguen en qué lugares hay ventas de condensadores eléctricos, póngase de acuerdo con sus compañeros y diríjanse a dos o tres lugares y pregunten sobre los tipos y capacidades de los condensadores, precios y usos en los motores eléctricos. Elaboren una tabla comparativa donde anoten la capacidad del condensador, la potencia correspondiente del motor que lo utiliza y su precio. Realicen una presentación en grupo a sus compañeros de clase utilizando la tabla comparativa.

2

Partes del motor de inducción monofásico A continuación en la parte derecha se le proporciona la definición de las partes del motor las cuales están enumeradas en la parte inferior de la presente actividad. En los paréntesis al final de cada oración, anote el número correspondiente y compare sus respuestas con el contenido de la unidad. Dispositivo que desconecta el bobinado de arranque cuando el motor ya está girando. Parte donde están alojadas las bobinas. Parte formada por barras y aros de aluminio fundidos o por bobinado, es la parte giratoria. Su misión principal es mantener el eje del rotor en posición invariable. Bobinado que se queda funcionando al estar girando el rotor y haberse desconectado el bobinado de arranque. 1. Bobinado de marcha o principal 3. Escudos o placas 5. Estator

( (

) )

(

)

(

)

2. Bobinado de arranque o auxiliar 4. Rotor 6. Interruptor Centrifugo

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3

Averías en los motores de inducción En forma individual, obtenga un motor asíncrono monofásico bueno o en mal estado, extraiga el rotor y observe la forma de los bobinados que se encuentran en el estator. Realice un dibujo en forma circular y otro en forma lineal que representen cómo están constituidos los bobinados y presénteselos a su facilitador del curso.

c a d e f o o t r u u o c

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a c a l c p f a c a l c o

d e f o o f o d e f o o n

f d e r r e r f d e r r t

e c m g t m g e c m g t a

t r u u o u u t r u u o c

f f o i c o i f f o i c t

h f h y i h y h f h y i o

i n t e r u p c i o n e s

l a m w c a m l a m w c a

o c n c u c n o c n c u m

p f p v l f p p f p v i a

r e f y t e f r e f y t s

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e h s s o b r e c a r g a

c o m p s e b c o m p s p

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4

Pasos para realizar el empalme de bobinados A continuación se le presentan los pasos en forma desordenada para realizar un empalme. En los espacios en blanco escriba dichos pasos en forma ordenada.

1. 2. 3. 4. 5.

Pase sobre uno de estos manguitos otro manguito del mismo material, pero de mayor diámetro y longitud. Pase hacia el interior de cada terminal un manguito barnizado de unos 2.5 cm de largo o más, según convenga. Retuerce los dos extremos desnudos uno sobre el otro, de modo que quede un empalme recto, y suelde la unión. Quite el aislamiento de los extremos de los terminales. Deslice los manguitos pequeños hasta que se toquen en el centro del empalme, y luego deslice el manguito mayor sobre ambos, de forma que los cubra por completo. 1. 2. 3. 4. 5.

5

Medidas de protección ambiental En grupo de tres participantes elaboren un listado de las medidas de protección ambiental que se deben de aplicar al realizar el barnizado de las bobinas del motor. El listado debe presentarlo en una hoja de rotafolio, déjenlo en un lugar visible dentro del aula o taller donde se realiza la capacitación y expliquen dichas medidas ante el grupo.

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Resumen El motor de fase partida es un motor de corriente alterna de potencia equivalente a una fracción de caballo, que se emplea para accionar aparatos como lavadoras, quemadores de aceites pesados, pequeñas bombas, etc. Este motor consta de cuatro partes principales, el rotor, el estator, los escudos o placas terminales y un interruptor centrífugo. Por ser un motor monofásico, posee dos bobinados, uno de trabajo y uno de arranque. En algunos motores viene un condensador, el cual le ayuda a aumentar su par de arranque. Cuando un motor de fase partida falla, dentro de las pruebas a ejecutar están el inspeccionar visualmente el motor, comprobar sus cojinetes haciéndolo girar, verificar si los bobinados no están en o a masa o con los núcleos del hierro estatórico o rotórico. Uno de los problemas que se pueden dar en los motores es el de cortocircuito, para ello ponga el motor en marcha y palpe con la mano las bobinas, la más caliente de todas suele ser la que presenta el cortocircuito. También se puede utilizar una bobina de prueba o verificando la corriente que consume el motor, el cual no debe consumir más allá de los datos que vienen especificados. Otra causa puede ser que el bobinado de arranque esté dando problemas o que sea el condensador. Para la extracción de la bobina defectuosa debe tener cuidado de no dañar las ranuras y de dejar limpios los espacios donde va a ir ubicado el nuevo bobinado. Primero golpee verticalmente la hoja de la sierra con un martillo para que los dientes de la misma penetren en la cuña y a continuación golpee la hoja lateralmente, con el objeto de extraer el bobinado junto con la cuña. Por lo general los arrollamientos quedan extraordinariamente endurecidos a causa de su impregnación con barniz y tratar de extraerlos sin carbonizarlos previamente exigirá un tiempo considerable. Al haber extraído el bobinado defectuoso, es necesario realizar un bobinado nuevo, para ello puede hacer uso de diferentes tipos de moldes. Para no tener ningún problema a la hora de bobinar, es necesario anotar cuidadosamente los datos esenciales relativos al arrollamiento primitivo, con el fin de no tropezar con dificultades al rebobinar el motor. Es importante que tenga una hoja de datos donde ubicar toda la información correspondiente. Para realizar el nuevo bobinado disponga del alambre a bobinar en un carrete y cuente los arrollamientos de alambre que realiza. Una vez terminada la bobina interior, prosiga con la siguiente, hasta haber alojado en sus respectivas ranuras todas las bobinas del polo, el hilo debe cortarse hasta que todo el polo esté terminado. Al concluir el polo, coloque en las ranuras cuñas de madera o fibra con el objeto de evitar que las espiras se deslicen hacia fuera.

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Para realizar el proceso de impregnación, primeramente debe extraer toda la humedad del estator, para ello introduzca el estator en una estufa de secado, donde debe permanecer aproximadamente 1 hora a una temperatura de unos 120 ºC. Con este precalentamiento se consigue eliminar la humedad de los arrollamientos y facilitar así la posterior penetración del barniz. Después de extraer el estator de la estufa conviene frotar la superficie interior del núcleo con objeto de eliminar de ella el barniz adherido, que podría dificultar el libre giro del rotor. Al haber instalado ya los bobinados debe de realizar la prueba de aislamiento que sirve para comprobar la calidad de los materiales aislantes, medir la resistencia de aislamiento para lo que se utiliza un megohmetro. Cuando ya se han efectuado y verificado todas las conexiones entre polos, y los cables flexibles de conexión a la red han sido empalmados a sus respectivos terminales y sujetados a los arrollamientos, introduzca el estator en una estufa de secado para eliminar toda humedad que hubiera en los bobinados. La impregnación y el secado confieren a todo el bobinado las características de una masa compacta y rígida, sin posibilidad de movimiento; además, protegen herméticamente los arrollamientos contra la penetración de la humedad o de partículas extrañas. El motor asíncrono del tipo Jaula de Ardilla se fabrica de las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles, los motores trifásicos asíncronos se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, sopladores, etc. El motor de inducción está formado por un estator el que consiste en una carcasa de fundición, un núcleo formado por chapas magnéticas, idéntico al empleado en motores de fase partida y el rotor que puede ser del tipo de jaula de ardilla, a base de barras y aros de aluminio fundidos conjuntamente en molde, o bien bobinado. Todas las bobinas de un motor trifásico poseen el mismo número de espiras y el mismo paso. Cuando un motor no funciona correctamente o después de haber efectuado la reparación en un bobinado de un motor trifásico es necesario someter su arrollamiento a determinadas pruebas, que pueden consistir en os a masa, interrupciones, cortocircuitos, e inversiones de polaridad. Otro de los problemas que se pueden dar es que el motor gire despacio, para corregirlo debe verificar las bobinas o grupo de bobinas con cortocircuito entre espiras, bobinas o grupos de bobinas con la polaridad correcta, sobrecarga, fase con la polaridad invertida, barras rotóricas flojas. Así mismo puede ser que el motor se calienta en exceso lo que es causado por: sobrecarga, cojinetes desgastados o ajustados con exceso, bobina o grupo de bobinas con espiras en cortocircuito, funcionamiento como monofásico, barras rotóricas flojas. Para realizar cada una de las pruebas anteriormente mencionadas, existe un procedimiento el cual se debe cumplir para constatar realmente la falla existente.

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Cuando va a iniciar la reparación de un motor y por consiguiente a realizar su bobinado es importante que tenga los datos más relevantes necesarios para realizar un buen trabajo, dentro de los que se tienen los que figuran en la placa de características del motor, el número de ranuras estatóricas, el número de bobinas, la clase de conexión entre bobinas, el número de espiras de cada bobina, la forma y las dimensiones de cada bobina, el paso de bobina, la clase de aislamiento empleado en las ranuras, la sección del conductor y el espesor de su aislamiento. Al momento de extraer el arrollamiento estatórico de las ranuras determine y anote de qué modo están unidos entre sí los diversos polos o las diversas ramas de arrollamiento, y cuál es la clase de conexión entre fases. Los motores trifásicos están normalmente previstos para trabajar a una o dos tensiones de servicio y para girar a dos, tres o cuatro velocidades de régimen. Durante la extracción del arrollamiento proceda a anotar el paso de las bobinas, el número de espiras de cada bobina, el tamaño de las bobinas y el calibre y la clase de aislamiento del conductor empleado. En motores de cierto tamaño, las bobinas utilizadas tienen forma hexagonal, es decir, seis lados; sin embargo, en motores más pequeños es corriente encontrar bobinas inicialmente rectangulares, dos de cuyos lados han sido ligeramente doblegados. Las bobinas destinadas a motores de tamaño mediano no pueden dejarse completamente encintadas, ya que por estar dichos motores provistos generalmente de ranuras semicerradas, es común tener que introducir las espiras de cada bobina una por una en su respectiva ranura. En tal caso sólo se encintan las cabezas de bobina, es decir, las partes de bobina que sobresalen a ambos lados del núcleo. Las bobinas pueden ejecutarse individualmente (una sola a la vez), o bien por grupos (varias cada vez) La mayoría de los motores polifásicos, exceptuando tan sólo los de gran tamaño y los que tienen ranuras abiertas, llevan bobinas devanadas por grupos. De acuerdo al tipo de bobinado que se va realizar, existen diferentes formas de hormas para bobinar. Los procedimientos para el empalmado de terminales, prueba de bobinados y proceso de secado e impregnación del nuevo bobinado se describe en el apartado correspondiente al motor bobinado monofásico de fase partida.

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Evaluación

Instrucciones: A continuación encontrará una serie de enunciados con cuatro opciones de respuesta, subraye la correcta de acuerdo a los contenidos estudiados. 1.

Parte giratoria del motor de fase partida: A) Estator B) Escudos C) Carcaza D) Rotor

2.

Parte del motor que se compone de núcleo, un eje y el devanado de jaula de ardilla: A) Rotor B) Estator C) Escudo D) Enchapado

3.

Dispositivo que desconecta el arrollamiento de arranque: A) Condensador B) Interruptor centrifugo C) Placas D) Cojinetes

4.

Un (una)

excesiva en el motor es producida por sobrecarga. A) Voltaje B) Corriente C) Vatiaje D) Ohmiaje

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5.

Arrollamiento del motor formado por barras de cobre de gran sección: A) Auxiliar B) De arranque C) De trabajo D) Principal

6.

Al mover el eje de un motor hacia arriba y hacia abajo se puede verificar el estado de los (las): A) Escudos B) Cojinetes C) Bobinas D) Enchapados

7.

Si al tocar el polo 1 se enciende la lámpara de prueba, pero no enciende al tocar el polo 2, el defecto está localizado en el polo. A) Primer B) Segundo C) Tercer D) Cuarto

8.

Si dos o más espiras contiguas se ponen en o eléctrico directo se tiene un (una): A) Cortocircuito B) o a masa C) Interrupción D) Conexión a tierra

9.

Instrumento de medición utilizado para medir la resistencia de aislamiento de los motores: A) Meghómetro B) Ohmetro C) Amperímetro D) Voltímetro

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10. En el proceso de secado, el estator debe estar en una estufa durante 1: A) Día B) Hora C) Minuto D) Semana MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN 11. El motor trifásico asíncrono de Jaula de Ardilla está desprovisto de: A) Estator B) Rotor C) Interruptor D) Escudos 12. El eje del rotor se apoya y gira sobre: A) Pernos B) Cojinetes C) Anillos D) Carcasas 13. El motor bobinado lleva un arrollamiento especial dispuesto en las ranuras del: A) Estator B) Núcleo C) Rotor D) Escudo

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14. Para alojar el lado superior de la bobina en su ranura, antes se debe insertar una tira doblada de material aislante de espesor comprendido entre y cm. A) 2 - 3 B) 0.25 – 0.4 C) 0.5 - 1 D) 4 – 5 15. La mayoría de motores

llevan bobinas devanadas por grupos.

A) Monofásicos B) Bifásicos C) Polifásicos D) Pequeños 16. Los moldes del tipo destinadas a estatores con ranuras abiertas.

se utilizan en la ejecución de bobinas

A) Especial B) Ajustable C) De cabeza redonda D) De rodillo giratorio 17. Una interrupción del motor se puede detectar con la lámpara de prueba, al colocar una punta de la lámpara a una fase y la otra punta a: A) El neutro B) Otra fase C) Los anillos rosantes D) La misma fase

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18. El método de desplazar una bobina de prueba por el interior del estator es para detectar: A) Cortocircuitos B) Inversión de polos C) os a masa D) Interrupciones 19. En la detección de inversión de

NO se utiliza una brújula.

A) Fases B) Giro C) Polaridad D) Grupos 20. Causa por la cual el motor NO arranca: A) Una bobina en corto B) Fase invertida C) Barra rotórica floja D) Bobinas con polaridad incorrecta

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Anexo A ANEXO 1 TABLA A-1 Diámetros, secciones, pesos y resistencias eléctricas de los hilos de cobre para bobinados Diá metro S ec ción Díametro Sección mm mm 2 0.05 0.002 0.06 0.003 0.07 0.004 0.08 0.005 0.09 0.006 0.10 0.008 0.11 0.010 0.12 0.011 0.13 0.013 0.14 0.015 0.15 0.018 0.16 0.020 0.17 0.023 0.18 0.025 0.19 0.028 0.20 0.031 0.21 0.035 0.22 0.038 0.23 0.042 0.24 0.045 0.25 0.049 0.26 0.053 0.27 0.057 0.28 0.062 0.29 0.066 0.30 0.071 0.31 0.075 0.32 0.080 0.33 0.086 0.34 0.091 0.35 0.096 0.36 0.102 0.37 0.108 0.38 0.113 0.39 0.119 0.40 0.126 0.41 0.132 0.42 0.139 0.43 0.145 0.44 0.152 0.45 0.159

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Peso Resis tencia Diá metro Sec ción Diámetro Sección grPeso x m Resistencia mm mm Ω x km 0.017 8,861.74 0.46 0.166 0.025 6,153.99 0.47 0.173 0.034 4,521.29 0.48 0.181 0.045 3,461.61 0.49 0.189 0.057 2,735.10 0.50 0.196 0.070 2,215.43 0.55 0.238 0.085 1,830.93 0.60 0.283 0.101 1,538.49 0.65 0.332 0.118 1,310.90 0.70 0.385 0.137 1,130.32 0.75 0.442 0.157 984.638 0.80 0.503 0.179 865.404 0.85 0.567 0.202 766.587 0.90 0.636 0.226 683.776 0.95 0.709 0.252 613.694 1.00 0.785 0.280 553.859 1.05 0.866 0.308 502.366 1.10 0.950 0.338 457.734 1.15 1.039 0.370 418.797 1.20 1.131 0.403 384.624 1.25 1.227 0.437 354.469 1.30 1.327 0.473 327.727 1.35 1.431 0.510 303.900 1.40 1.539 0.548 282.581 1.45 1.651 0.588 263.428 1.50 1.767 0.629 246.159 1.55 1.887 0.672 230.534 1.60 2.010 0.716 216.351 1.65 2.138 0.761 203.437 1.70 2.270 0.808 191.646 1.75 2.405 0.856 180.851 1.80 2.545 0.906 170.944 1.85 2.688 0.957 161.828 1.90 2.835 1.009 153.423 1.95 2.986 1.063 145.656 2.00 3.142 1.118 138.464 2.05 3.301 1.175 131.792 2.10 3.464 1.233 125.591 2.15 3.631 1.292 119.8 18 2.20 3.801 1.353 114.433 2.25 3.976 1.415 109.404 2.30 4.155

Peso Resis tencia grPeso x m Resistencia Ω x km 1.479 104.699 1.544 100.291 1.611 96.156 1.678 92.271 1.748 88.617 2.114 73.238 2.516 61.540 2.953 52 .436 3.425 45.213 3.932 39.386 4.474 34.616 5.050 30.663 5.662 27.351 6.309 24.548 6.990 22.154 7.707 20.095 8.458 18.309 9.244 16.752 10.066 15.385 10.922 14.179 11.813 13.109 12.739 12.156 13.700 11.303 14.697 10.537 15.728 9.846 16.794 9.221 17.895 8.654 19.030 8.138 20.201 7.666 21.407 7.234 22.648 6.838 23.923 6.473 25.234 6.137 26.580 5.826 27.960 5.539 29.376 5.272 30.826 5.024 32.311 4.793 33.832 4.577 35.387 4.376 36.977 4.188

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ANEXO 2 TABLA A-2 Diámetros, secciones y resistencias eléctricas del cobre Diá metro Sec ción Díametro Sección mm mm22 mm mm 2.35 4.337 2.40 4.524 2.45 4.714 2.50 4.909 2.55 5.107 2.60 5.309 2.65 5.515 2.70 5.726 2.75 5.940 2.80 6.158 2.85 6.379 2.90 6.605 2.95 6.835 3.00 7.069 3.05 7.306 3.10 7.548 3.15 7.793 3.20 8.042 3.25 8.296 3.30 8.553 3.35 8.814 3.40 9.079 3.45 9.348 3.50 9.621 3.55 9.898 3.60 10.179 3.65 10.463 3.70 10.752 3.75 11.045 3.80 11.341 3.85 11.642 3.90 11.946 3.95 12.254 4.00 12.566 4.05 12.882 4.10 13.203 4.15 13.527 4.20 13.854 4.25 14.186 4.30 14.522 4.35 14.862

Peso Peso gr x m gr m 38.603 40.263 41.958 43.688 45.453 47.253 49.088 50.957 52.862 54.802 56.777 58.786 60.831 62.910 65.025 67.174 69.359 71.578 73.832 76.122 78.446 80.805 83.199 85.628 88.092 90.591 93.125 95.694 98.297 100.936 103.609 106.318 109.062 111.840 114.653 117.502 120.386 123.304 126,.257 129.245 132.269

Resistencia metro Resistencia Diá Diámetro m mm mm ΩΩxx m 4.012 4.40 3.846 4.45 3.691 4.50 3.545 4.55 3.407 4.60 3.277 4.65 3.155 4.70 3.039 4.75 2.930 4.80 2.826 4.85 2.728 4.90 2.634 4.95 2.546 5.00 2.462 5. 10 2.382 5,20 2.305 5,30 2.233 5.40 2.164 5.50 2.09 7 5.60 2.034 5.70 1.974 5.80 1.916 5.90 1.861 6.00 1.809 6.10 1.758 6.20 1.709 6.30 1.663 6.40 1.618 6.50 1.575 6.60 1.534 6.70 1.495 6.80 1.457 6.90 1.420 7.00 1.385 7.10 1.351 7.20 1.318 7.30 1.286 7.40 1.256 7.50 1.227 7.60 1.198 7.70 1.171 1.171 7.80

Secci ón Sección 2 2 mm mm 15.205 15.553 15.904 16.260 16.619 16.982 17.349 17.721 18.096 18.475 18.857 19.244 19.635 20.428 21.237 22.062 22.902 23.758 24.630 25.518 26.421 27.340 28.274 29.225 30.191 31.172 32.170 33.183 34.212 35.257 36.317 37.393 38.485 39.592 40.715 41.854 43.008 44.179 45.365 46.566 47.784

Peso Resisten cia Peso Resistencia xm x km gr xgrm Ω xΩ km 135.327 1.144 138.420 1.119 141.548 1.094 144.711 1.070 147.909 1.047 151.142 1.025 154.410 1.003 157.712 0.982 161.050 0.962 164.423 0.942 167.830 0.923 171.273 0.904 174.751 0.886 181.811 0.852 189.010 0.819 196.350 0.787 203.829 0.760 211.448 0.732 219.207 0.706 227.106 0.682 235.145 0.659 243.323 0.636 251.641 0.615 260.099 0.595 268.697 0.576 277.434 0.558 286.312 0.541 295.329 0.524 304.486 0.509 313.783 0.494 323.219 0.479 332.795 0.465 342.512 0.452 352.368 0.439 362.363 0.427 372.499 0.416 382.774 0.405 393.189 0.394 403.744 0.384 414.439 0.374 425.274 0.364

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

165

ANEXO 3 TABLA A-3 Diámetros, secciones, pesos y resistencias eléctricas de los hilos de aluminio para bobinados . Diá metro mm 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45

166

Sección 2 mm 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.008 0.010 0.011 0.013 0,015 0.018 0.020 0.023 0.025 0.028 0.031 0.035 0.038 0.042 0.045 0.049 0.053 0.057 0.062 0.066 0.071 0.075 0.080 0.086 0.091 0.096 0.102 0.108 0.113 0.119 0.126 0.132 0.139 0.145 0.152 0.159

Peso gr x m 0.005 0.008 0.010 0.014 0.017 0.021 0.026 0.031 0.036 0.042 0.048 0.054 0.061 0.069 0.077 0.085 0.094 0.103 0.112 0.122 0.133 0.143 0.155 0.166 0.178 0.191 0.204 0.217 0.231 0.245 0.260 0.275 0.290 0.306 0.323 0.339 0.356 0.374 0.392 0.411 0.429

Resistencia Ω x km 14,769.5 10,256.6 7,535.49 5,769.36 4,558.51 3,692.39 3,051.56 2,564.16 2,184.84 1,883.87 1,641.06 1,44 2.34 1,277.64 1,139.62 1,022.82 932.098 8 37.277 762.891 697.995 641.040 590.783 54 6.212 506.501 470.968 439.048 410.266 384 .224 360.585 339.062 319.411 301.419 284. 906 261.714 255.706 242.760 230.774 219.654 209.319 199.696 19.,722 18.,340

Diá metro Sección Peso Resisten cia 2 mm mm gr x m Ω x km 0.46 0.166 0.449 174.498 0.47 0.173 0.468 167.152 0.48 0.181 0.489 160.260 0.49 0.189 0.509 153.785 0.50 0.196 0.530 147.695 0.55 0.238 0.641 122.062 0 .60 0.283 0.763 102.566 0,.65 0.332 0.896 87.394 0.70 0.385 1.039 75.355 0.75 0.442 1.193 65.643 0.80 0.503 1.357 57.694 0.85 0.567 1.532 51.106 0.90 0.636 1.718 45.585 0.95 0.709 1.914 40.913 1.00 0.785 2.121 36.924 1.05 0.866 2.338 33.491 1.10 0.950 2,566 30.517 1.15 1.039 2.804 27.920 1.20 1.131 3.054 25.642 1.25 1.227 3.313 23.631 1.30 1.327 3.584 21.848 1.35 1.431 3.865 20.260 1.40 1.539 4.156 18.839 1.45 1.651 4.459 17.561 1.50 1.767 4.771 16.411 1.55 1.887 5.095 15.369 1.60 2.010 5.429 14.423 1.65 2.138 5.773 13.563 1.70 2.270 6.128 12.766 1.75 2.405 6.494 12.057 1.80 2.545 6.871 11.396 1.85 2.688 7.258 10.789 1.90 2.835 7.655 10.228 1.95 2.986 8.063 9.710 2.00 3.142 8.482 9.231 2.05 3.301 8.912 8.786 2.10 3.464 9.352 8.373 2.15 3.631 9.803 7.988 2.20 3.801 10, -264 7.629 2.25 3.976 10.735 7.294 2.30 4.155 11.218 6.980

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ANEXO 4 TABLA A-4 Diámetros, secciones y resistencias eléctricas del aluminio

Diá metro Díametro mm mm 2.35 2.40 2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 2.90 2.95 3.00 3.05 3.10 3.15 3.20 3.25 3.30 3.35 3.40 3.45 3.50 3.55 3.60 3.65 3.70 3.75 3.80 3.85 3.90 3.95 4.00 4.05 4.10 4.15 4.20 4.25 4.30 4.35

Sección Sección 2 2 mm mm 4.337 4.524 4.714 4.909 5.107 5.309 5.515 5.726 5.940 6.158 6.379 6.605 6.835 7.069 7.306 7.548 7.793 8.042 8.296 8.553 8.814 9.079 9.348 9.621 9.898 10.179 10.463 10.752 11.045 11.341 11.642 11.946 12.254 12.566 12.882 13.203 13.527 13.854 14.186 14.522 14.862

Peso Peso gr x m gr m 11.711 12.215 12.729 13.254 13.789 14.335 14.892 15.459 16.037 16.625 17.224 17.834 18.454 19.085 19.727 20.379 21.041 21.715 22.399 23.093 23.798 24.514 25.401 25.977 26.725 27.483 28.252 29.031 29.821 30.621 31.432 32.254 33.086 33.929 34.783 35.647 36.522 37.407 38.303 39.209 40.127

ResistencIa Resistencia ΩΩ xm x km 6.686 6.410 6.051 5.908 5.678 5.462 5.260 5.065 4.883 4.710 4.546 4.390 4.243 4.103 3.969 3.842 3.721 3.606 3.496 3.391 3.290 3.194 3.102 3.014 2.930 2.849 2.772 2.697 2.626 2.557 2.491 2.428 2.367 2.308 2.251 2.197 2.141 2.093 2.044 1.997 1.951

Diá Metro Diámetro mm mm 4.40 4.45 4.50 4.55 4.60 4.65 4.70 4.75 4.80 4.85 4.90 4.95 5.00 5.10 5.20 5.30 5.40 5.50 5.60 5.70 5.80 5.90 6.00 6.10 6.20 6.30 6.40 6.50 6.60 6.70 6.80 6.90 7.00 7.10 7.20 7.30 7.40 7.50 7.60 7.70 7.80

Sección Sección 2 mm2 mm 15.205 15. 553 15.904 16.260 16.619 16.982 17.3 49 17.721 18.096 18.475 18.857 19.244 19.635 20.428 21.237 22.062 22.902 23.758 24.630 25.518 26.421 27.340 28.274 29.225 30.191 31.172 32.170 33.183 34.212 35.257 36.317 37 .393 38.485 39.592 40.715 41.854 43.008 44.179 45.365 46.566 47.784

Peso Resistencia Peso Resistencia gr x m Ω x km gr m Ω km 41.054 1.907 41.993 1.865 42.942 1.823 43.901 1.784 44.871 1.745 45.852 1.708 46.844 1.672 47.845 1.637 48.858 1.603 49.881 1.570 50.915 1.538 51.959 1.507 53.014 1.477 55.156 1.420 57.340 1.366 59.567 1.314 61.836 1.266 64.147 1.221 66.501 1.177 68.897 1.136 71.336 1.098 73.817 1.061 76.341 1.026 78.907 0.992 81.515 0.961 84.166 0.930 86.859 0.901 86.594 0.874 92.372 0.848 95.193 0.823 98.055 0.799 100.960 0.776 103.908 0.754 106.898 0.732 109.930 0.712 113.009 0.693 116.122 0.674 119.282 0.656 122.484 0.639 125.728 0.623 129.015 0.607

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

167

ANEXO 5 TABLA A-5 Diámetros de hilos de sección equivalente

Diámetro en mm Sección Sección 1 1 2 2 Cond mmmm Cond 0.008 0.10 0.009 0.11 0.011 0.12 0.013 0.13 0.015 0.14 0.018 0.15 0.020 0.16 0.023 0.17 0.025 0.18 0.028 0.19 0.031 0.20 0.035 0. 21 0.038 0.22 0.042 0.23 0.045 0.24 0.049 0.25 0.053 0.26 0.057 0.27 0.062 0.28 0.066 0.29 0.071 0.30 0.075 0.31 0.080 0.32 0.086 0.33

168

Diámetro en mm 2 2 3 3 4 4 Cond Cond Cond Cond Cond Cond 0.07 0.06 0.05 0.08 0.06 0.06 0.09 0.07 0.06 0.10 0.08 0.07 0.10 0.08 0.07 0.11 0.09 0.08 0.11 0.10 0.08 0.12 0.10 0.09 0.13 0.11 0.09 0.14 0.11 0.10 0.14 0.11 0.10 0.15 0.12 0.11 0.16 0.13 0.11 0.17 0.14 0.12 0.17 0.14 0.13 0.18 0.15 0.13 0.19 0.15 0.14 0.19 0.16 0.14 0.20 0.16 0.15 0.21 0.17 0.15 0.21 0.18 0.15 0.22 0.18 0.16 0.23 0.19 0.16 0.24 0.20 0.17

Diámetro en mm Diámetro en mm Sección Sección 1 1 2 2 3 3 4 4 2 2 Cond Cond Cond Cond mmmm Cond Cond Cond cond 0.091 0.34 0.24 0.20 0.17 0.096 0.35 0.25 0.21 0.18 0.102 0.36 0.26 0.21 0.19 0.108 0.37 0.26 0.21 0.19 0.113 0.38 0.27 0.23 0.19 0.119 0.39 0.28 0.23 0.20 0.126 0.40 0.28 0.23 0.20 0.132 0.41 0.29 0.24 0.21 0.139 0.42 0.30 0.25 0.21 0.145 0.43 0.31 0.25 0.22 0.152 0.44 0.31 0.26 0.22 0.159 0.45 0.32 0.26 0.23 0.166 0.46 0.33 0.27 0.23 0.173 0.47 0.34 0.28 0.24 0.181 0.48 0.34 0.28 0.24 0.189 0.49 0.35 0.29 0.25 0.196 0.50 0.36 0.29 0.25 0.238 0.55 0.39 0.32 0.28 0.283 0.60 0.42 0.35 0.30 0.332 0.65 0.46 0.38 0.33 0.385 0. 70 0.50 0.41 0.35 0.442 0.75 0.55 0.44 0.38 0.503 0.80 0.60 0.47 0.40 0.567 0.85 0.60 0.49 0.43

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ANEXO 6 TABLA A-6 Continuación Diámetros de hilos de sección equivalente Diámetro en mm Sección 2 mm Sección

Diámetro en mm

Diámetro en mm

mm2

11 Cond cond.

22 Cond cond

3 Cond cond.

44. Cond cond

0.636 0.709 0.785 0.866 0.950 1.039 1.131 1.227 1.327 1.431 1.539 1.651 1.767 1.887 2.010 2.138 2.27 0 2.405 2.545 2.688 2.835 2.986 3.142 3.301 3.464 3.631 3.801 3.976 4.155 4.337 4.5 24 4.714 4.909 5.107 5.309 5.515 5.726 5.940 6.158 6.379

0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25 2.30 2.35 2.40 2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85

0.65 0.70 0.75 0.75 0.80 0.85 0.85 0.90 0.95 1.00 1.00 1.05 1.10 1.10 1.15 1.20 1.20 1.25 1.30 1.35 1.35 1.40 1.45 1.45 1.50 1.55 1.60 1.60 1.65 1.70 1.70 1.75 1.80 1.85 1.85 1.90 1.95 1.95 2.00 2.05

0.55 0.55 0.60 0.65 0.65 0.70 0.70 0.75 0.75 0.80 0.85 0.85 0.90 0.90 0.95 1.00 1.00 1.05 1.05 1.10 1.10 1.15 1.20 1.20 1.25 1.25 1.30 1.30 1.35 140 1.40 1.45 1.45 1.50 1.55 1.55 1.60 1.60 1.65 1.65

0.45 0.48 0.50 0.55 0.55 0.60 0.60 0.65 0.65 0.70 0.70 0.75 0,75 0.80 0.80 0.85 0.85 0.90 0.90 0.95 0.95 1.00 1.00 1.05 1.05 1.10 1.10 1.15 1.15 1.20 1.20 1.25 1.25 1.30 1.30 1.35 1.35 1.40 1.40 1.45

Sección 2 mm Sección mm2

6.605 6.835 7.069 7.306 7.548 7.793 8.042 8.296 8.553 8.814 9.079 9.348 9.621 9.898 10.179 10.463 10.752 11.045 11.341 11.642 11.946 12.254 12.566 12.882 13.203 13.527 13.854 14.186 14.522 14.862 15.205 15.553 15.904 16.260 16.619 16.982 17.349 17.721 18.096 18.475

Diámetro en mm 1 1 Cond cond

2 Cond Cond.

2.90 2.95 3.00 3.05 3.10 3.15 3. 20 3.25 3.30 3.35 3.40 3.45 3.50 3.55 3.60 3.65 3.70 3.75 3.80 3.85 3.90 3.95 4.00 4.05 4.10 4.15 4.20 4.25 4.30 4.35 4.40 4.45 4.50 4.55 4.60 4.65 4.70 4.75 4.80 4.85

2.05 2.10 2.15 2.20 2.20 2.25 2.30 2.30 2.35 2.40 2.45 2.45 2.50 2.55 2.55 2.60 2.65 2.70 2.70 2.75 2. 80 2.80 2.85 2.90 2.90 2.95 3.00 3.05 3.05 3.10 3.15 3.15 3.20 3.25 3 .30 3.30 3.35 3.40 3.40 3.46

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

33 44. Cond Cond Cond Cond. 1.70 1.75 1.75 1.80 1.80 1.85 1.90 1.90 1.95 1.95 2.00 2.00 2.05 2.05 2.10 2.15 2.15 2.20 2.20 2.25 2.30 2.30 2.35 2.35 2.40 2.40 2.45 2.50 2.50 2.55 2.55 2.60 2.60 2.65 2.70 2.70 2.75 2.75 2.80 2.80

1.45 1 .50 1.50 1.55 1.55 1.60 1.60 1.65 1.65 1.70 1.70 1.75 1.75 1.80 1.80 1.85 1.85 1.90 1.90 1.95 1.95 2.00 2.00 2.05 2.05 2.10 2.10 2.15 2.15 2.20 2.20 2.25 2.25 2.30 2.30 2.35 2.35 2.40 2.40 2.45

169

ANEXO 7 TABLA A-7 Diámetro, sección y peso de acuerdo al calibre A.W.G

Número A.W.G. 44 43 42 41 40 39

170

Resistencia Diámetro Mills mm 1.978 0.050 2.221 0.056 2.494 0.063 2.800 0.071 3.145 0.080 3.531 0.090

Sección Mills 2 3.072 3.873 4.884 7.842 7.766 9.793

mm 2 0.002 0.0025 0.003 0.004 0.005 0.00 6

Peso gr x m 0.017 0.022 0.028 0.035 0.045 0.056

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

Ω x km 8,701.2 6,899.9 5,472.7 4,340.7 3,441.7 2,729.1

ANEXO 8 TABLA A-8 Característica de los conductores de cobre normalizados según la escala de calibres A.W.G. (American Wire Gauges) Calibre

DIÁMETRO Pulgadas

No.

0000 0.4600 000 0.4096 00 0.3648 0 0.3249 1 0.2893 2 0.2576 3 0.2294 4 0.2043 5 0.1819 6 0.1620 7 0.1443 8 0.1285 9 0.1144 10 0.1019 11 0.09074 12 0.08081 13 0.07196 14 0.06408 15 0.05707 16 0.05082 17 0.04526 18 0.04030 19 0.03589 20 0.03196 21 0.02846 22 0.02535 23 0.02257 24 0.02010 25 0.01790 26 0.01594 27 0.01420 28 0.01264 29 0.01126 30 0.01003 31 0.00892 32 0.00795 33 0.00708 34 0.00630 35 0.00561 36 0.00500 37 0.00445 38 0.00396 39 0.00353 40 0.00314

mm

SECCIÓN MAYORADA 2 MiIésimas mm

PESO PESO

Libras

kg

por por km circulares 11000 000pies pies 11.68 211,600 136.42 640.5 953.18 10.38 167800 107.74 507.9 755.86 9.36 133,100 87.61 402.8 599.45 8.25 105,500 68.06 319.5 475.48 7.34 83,694 53.87 253.3 376.96 6.54 66,370 42.77 200.9 297.67 5.82 52,630 33.87 159.3 237.07 5.18 41,740 26.83 126.4 188.10 4.61 33,100 21.25 100.2 149.12 4.11 26,250 16.89 79.46 118.25 3.66 20,820 13.39 63.02 93.79 3.26 16,510 10.62 49.98 74.38 2.91 13,090 8.47 39.63 54.51 2.59 10,380 6.71 31.43 46.77 2.30 8,230 5.29 24.92 37.09 2.05 6,530 4.20 19.77 29.42 1.82 5,170 3.31 15.68 23.33 1.62 4,107 2.62 12.43 18.50 1.41 3,257 1.99 9.858 14.68 1.29 2,583 1.66 7.818 11.78 1.14 2,048 1.30 6.200 9.23 1.02 1,624 1.04 4.917 7.32 0.90 1,288 0.81 3.899 5.80 0.81 1,022 0.65 3.092 4.60 0.72 810.1 0.52 2.452 3.649 0.64 642.4 0.41 1.945 2.895 0.57 509.5 0.32 1.542 2.295 0.51 404.0 0.26 1.223 1.820 0.45 320.4 0.20 0.9699 1.443 0.41 254.1 0.11 0.7692 1.145 0.36 201.5 0.13 0.6100 0.909 0.32 159.8 0.10 0.4837 0.720 0.29 126.7 0.084 0.3836 0.571 0.26 100.5 0.067 0.3042 0.453 0.23 79.70 0.053 0.2413 0.359 0.20 63.21 0.040 0.1913 0.285 0.18 50.13 0.032 0.1517 0.226 0.16 39.75 0.025 0.1203 0.179 0.14 31.52 0.019 0.09542 0.142 0.13 25.00 0.016 0.07568 0.113 0.11 19.83 0.012 0.06010 0.089 0.10 15.72 0.010 0.04759 0.071 0.09 12.47 0.008 0.03774 0.056 0.08 9.888 0.006 0.02990 0.044

Resistencia eléctrica Ω Ω x 1,000 x km pies 0 0 a 68 F a 20 C 0.049 0.164 0.0618 0.203 0.0779 0.256 0.0982 0.322 0.124 0.407 0.156 0.512 0.197 0.646 0.248 0.814 0.313 0.029 0.395 1.296 0.498 1.634 0.628 2.060 0.792 2.598 0.998 3.274 1.260 4.134 1.588 5.209 2.003 6.572 2.525 8.284 3.184 10.176 4.016 13.176 5.064 16.614 6.385 20.948 8.051 26.414 10.150 33.201 12.80 42.00 1.14 52.95 20.36 66.80 25.67 84.22 32.37 106.20 40.81 131.89 51.47 168.87 64.90 212.93 81.83 268.47 103.20 338.59 130.1 426.8 164.1 583.4 206.9 687.8 260.9 856.0 329.0 1,079.4 414.8 1,361 523.1 1,716 659.6 2,164 831.8 2,729 1,049.0 3,442

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

171

Continuación. ContinuaciónTablas tablasAWG AWG

Número galga A.W.G. 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 00 000 0000

172

Diámetro Mills mm 3.965 0.101 4.453 0.113 5.000 0.127 5.615 0.143 6.305 0.160 7.080 0.180 7.950 0.202 8.928 0.227 10.03 0.255 11.26 0.286 12.64 0.321 14.20 0.361 15.94 0.405 17.90 0.455 20.10 0.511 22.57 0.573 25.35 0.644 28.46 0.723 31.96 0.812 35.89 0.912 40.30 1.024 45.26 1.150 50.82 1.291 57.07 1.450 64.08 1.628 71.96 1.828 80.81 2.053 90.74- 2.305 101.9 2.588 114.4 2.906 128.5 3.264 144.3 3.665 162.0 4.115 181.9 4.621 204.3 5.189 229.4 5.827 257.6 6.544 289.3 7.348 324.9 8.252 364.8 9.266 409.6 10.40 460 11.68

Sección Mills2 12.35 15.57 19.63 24.76 31.22 39.37 49.64 62.60 78.94 99.54 125.5 158.3 199.6 251.7 317.3 400.1 504.6 636.3 802.3 1.102 1.276 1.609 2.028 2.558 2.325 4.067 5.129 6.467 8.155 10.280 12.979 16.350 20.620 26.000 32.780 41.340 52.130 65.730 82.890 104.500 131.800 166.200

mm2 0.008 0.010 0.013 0.016 0.020 0.025 0.032 0.040 0.051 0.064 0.081 0.102 0.129 0.162 0.205 0.258 0.326 0.411 0.518 0.653 0.823 1.038 1.309 1.650 2.081 2.624 3.309 4.172 5.262 6.634 8.366 10.55 13.30 16.77 21.15 26.67 33.63 52.41 53.58 67.43 85.03 107.2

Peso

Resistencia

gr x mm Ω x km 0.071 2,164.1 0.089 1, 716.2 0.112 1,360.95 0.142 1,079.44 0.180 856.01 0.226 678.83 0.285 538.41 0.359 426.85 0.453 339.59 0.571 268.51 0.720 212.93 0.908 168.87 1.145 133.89 1.443 106.20 1.820 84.22 2.295 66.80 2.894 52.95 3.649 41.997 4.602 33.302 5.802 26.415 7.317 20.949 9.226 16.615 11.63 13.177 14.67 10.447 18.50 8.285 23.33 6.572 29.42 5.210 37.09 4.134 46.77 3.277 58.98 2.599 74.37 2.061 93.78 1.635 118.3 1.296 149.1 1.028 188.0 0.815 237.1 0.646 299.0 0.513 377.0 0.407 475.4 0.322 599.5 0.256 755.9 0.203 953.2 0.161

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ANEXO 9 TABLA A-9 Resistividad y conductividad de los materiales aislantes según su clasificación

Clase de aislamiento

Aumento de temperatura media isible o C

Temperatura media límite o C

Resistividad ρ Ω . mm2 M

Conductividad σ S.m mm2

Pérdidas específicas Pj W k/g

-

-

20

0.0179

56

2.01 d2

-

-

75

0.0217

46

2.44 d2

Y

45

85

0.0224

4-4.6

2.48 d2

A

60

100

0.0234

42.6

2.64 d2

E

75

115

0.0245

40.8

2.75 d2

B

80

120

0.0248

40.2

2.80 d2

F

100

140

0.0262

38.1

2.95 d2

H

125

165

0.0280

35.7

3.15 d2

d= densidad de corriente en

A mm2

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

173

ANEXO 10 TABLA A-10 Características de temperatura de los materiales aislantes

1

2

Clase de aislamiento Temperatura ambiente Max. o o C C Y (90) 40 A (105) 40 E (120) 40 B(130) 40 F(155) 40 H(180) 40 C(+ de 180) 40

3

Aumento medio de temperatu ra sobre el ambiente o C 45 60 75 80 100 125 -

4

Temperatura media isible en servicio o C 85 100 115 120 140 165 -

5

Temperatura isible en el punto más caliente o C 90 105 120 130 155 180 -

Para el manejo de la tabla anterior, deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones: a) Los valores de la columna 4 se obtienen sumando los correspondientes a las columnas 2 y 3. b) Los valores de la columna 5 exceden a los de la columna 4 entre 5 y 15° C. c) Los datos más interesantes para el bobinador son los de las columnas 3 y 4, donde se expresan los valores medios a que pueden llegar como límite, las temperaturas de los bobinados en servicio. d) La columna 3 sirve de referencia para el ensayo de máquinas eléctricas. Si el cálculo del calentamiento se ha realizado tomando como base los datos de la columna 4, los valores de la columna 3 quedan garantizados mientras la temperatura ambiente no rebase los valores expresados en la columna 2. e) Los datos de la columna 5, han de tenerse en cuenta para evitar puntos calientes con insuficiente refrigeración.

174

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

ANEXO 11 TABLA 11 Características generales de los materiales aislantes empleados en bobinados de maquinas eléctricas Material 1. Hilo de algodón, sin impregnar 2. Hilo de algodón, impregnado 3. Hilo de seda, sin impregnar 4. Hilo de seda, impregnado 5. Hilo de rayón, sin impregnar 6. Hilo de rayón, impregnado 7. Esmalte al aceite 8. Esmalte de acetal-polivinilo 10.Esmalte de poliéster 11.Papel, sin impregnar 12.Papel, impregnado 13.Amianto, impregnado impregnado 14.Fibra de vidrio + gliptal 15.Fibra de vidrio + poliester 16.Fibra de vidrio + silicona 17.Papel + mica + goma laca 18.Papel + mica + poliester 19.Papel + mica + selicona 20.Papel baquelizado 21.Tela aceitada 22.Tela baquelizada 23. Tela de vidrio + aceite 24.Tela de vidrio + poliéster 25.Tela de vidrio + silicona 26.Tela de amianto, impregnada 27.Tela de mica, impregnada 28.Tela de vidrio + mica 29.Presspan, sin impregnar 30.Presspan, impregnado 31.Leatherood, sin impregnar 32.Leatherood, impregnado 33.Pressboard, sin impregnar 34. Pressboard, impregnado 35. papel Papel + poliéster 36. Presspan + poliéster 37. Mica + goma laca (Micanita) 38. Mica + resinaepoxídica 39. Tela de vidrio + silicona 40. Madera impregnada 41. Fibra vulcanizada, sin impregnar 42. Fibra vulcanizada, impregnada 43. Estratificado de papel baquelizado 44. Estratificado de algodón impregnado 45. Estratificado de madera impregnada 46. Estratificado de vidrio + resina fenólica 47. Estratificado de vidrio + resina epóxica 48. Estratificado de amianto + resina fenólica 49. Estratificado de vidrio + silicona 50. Estratificado de amianto + silicona *Cierre de ranuras

Rigidez dieléctrica a 50 Hz kV / mm 2.8...4 4.9...5.8 9….11 12...13 6....7 8.....9 50...70 80...95 5...8 7...9 3...5 40...50 40...70 40...50 15...20

13...18 40...70 35...45 40...70 40...50 1.9

30 30 30 20...25 35...40 4 6...8 30

1.9..ó..7.8

Clase térmica (ooC) (C) Y ( 90) A ( 105) Y ( 90) A ( 105) Y ( 90) A ( 105) E ( 120 ) E ( 120 ) F ( 155 ) Y ( 90 ) A ( 105) F ( 155) E ( 120) F ( 155) H ( 180) B ( 130) F ( 155) H ( 180) E ( 120) A ( 105) A ( 105) B ( 130) F ( 155) H ( 180) B ( 130) B ( 130) F ( 155) Y ( 90) A ( 105) Y ( 90) A ( 105) Y ( 90) A ( 105) E (120) E (120) B ( 130) F ( 155) H ( 180) A ( 105) Y ( 90) A ( 105) E ( 120) E ( 120) E 120) ((120) B ( 130) B ( 130) F ( 155) H ( 180) H ( 180)

Materiales del 1 al 16 son aplicables como aislamiento de conductores. Materiales del 17 al 28 son aplicables como aislamiento de conductores y bobinas. Materiales del 29 en adelante son aplicables como aislamientos de fase y ranuras.

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Anexo B Barnices de impregnación Clase: Sintético (amarillo) Número: 26 Clase térmica: B (130 ºC) Tiempo de secado: 5 a 6 horas a 125-130 ºC Flexibilidad (número de fIexiones): 28-30 Perforación dieléctrica V /0.01 mm: 900-950 Características: Excelente adhesividad a los metales y otros barnices, con gran presentación de acabado. Aplicaciones: Apropiado para toda clase de máquinas con potencias nominales hasta 100 CV. Clase: OLSIN Sintético (amarillo rojizo) Número: 12162 Clase térmica: B (130 ºC) Tiempo de secado: 5 a 6 horas a 125-135 ºC Flexibilidad (número de fIexiones): 30 Perforación dieléctrica V /0,01 mm: 850-900 Características: Gran fuerza cohesiva y flexibilidad; resiste la humedad y climas tropicales. Soporta la acción del freón. Aplicaciones: Para máquinas que trabajen en condiciones desfavorables (ambientes húmedos, ácidos, salinos o tropicales) Clase: Sintético (amarillo) Número: 15780 Clase térmica: F (155 ºC) Tiempo de secado: 6 a 7 horas a 155-160 ºC Perforación dieléctrica V /0,01 mm: 750 Características: Resiste térmicamente a la temperatura de 155 ºC (Clase F) Aplicaciones: Especialmente indicado para máquinas que trabajen en clase térmica F Clase: Silicónico (castaño claro) Número: 52 Clase térmica: H (180 ºC) Tiempo de secado: 6 a 8 horas a 200 ºC Perforación dieléctrica V /0,01 mm: 950-1000 Características: Apropiado para clase térmica H (180 ºC), de gran conductibilidad calorífica e insensible a los ambientes húmedos y cambios bruscos de temperatura ( - 50 a + 250 ºC) Aplicaciones: Indicado para máquinas que trabajen en clase térmica H o en condiciones muy desfavorables de humedad.

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Barnices de recubrimiento y protección Clase: Electroesmalte gliptal (rojo) Número: 102 Clase térmica: B (130 ºC) Tiempo de secado: 7 a 8 horas a 15-25 ºC, ó 2 horas a 120-125 ºC Flexibilidad (número de flexiones): 6-8 Perforación dieléctrica V /0,01 mm: 350-400 Características: Antideflagrante y de relleno; secado a 120 ºC, resiste grasas y aceites minerales. Aplicaciones: Especial para rellenar los huecos de las cabezas de bobinas y proteger piezas sometidas a la acción del arco eléctrico. Clase: Electroesmalte sintético (rojo) Número: 114 Clase térmica: B (130 ºC) Tiempo de secado: 2 a 3 horas a 120-125 ºC Flexibilidad (número de flexiones): 10-12 Perforación dieléctrica V /0,01 mm: 350-400 Características: muy resistente a la humedad y ambientes ácidos. Aplicaciones: Se emplea como recubrimiento en máquinas a las que se desea comunicar una mayor resistencia a la combustión.

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Glosario

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ARROLLAMIENTODE BOBINA

Es la vuelta o número de vueltas de alambre que se realizan en forma circular, para formar una bobina.

ARROLLAMIENTO DE ARRANQUE

Arrollamientos de una bobina que funcionan únicamente durante el proceso de arranque, mientras llega a su velocidad nominal.

ARROLLAMIENTO DE TRABAJO

Arrollamientos de bobina que permiten el funcionamiento permanente del motor.

A.W.G

American Wire Gauges, estándar norteamericano utilizado para designar los distintos diámetros de los conductores eléctricos.

BOBINA

Componente de un circuito eléctrico formado por un alambre aislado que se arrolla en forma de hélice con un paso igual al diámetro del alambre.

BOBINADO

Acción y efecto de bobinar.

CABEZA DE BOBINA

Son las conexiones frontales entre los lados activos de las bobinas.

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Propiedad de un material que indica su capacidad para conducir el calor.

CORTOCIRCUITO

Unión directa de la parte viva, o conductor positivo con la parte negativa, tierra o masa del circuito.

CUÑA

Pieza de fibra o madera hecha para presionar el bobinado en la ranura.

REPRESENTACIÓN LINEAL

Se llama así al sistema que representa el bobinado como si la superficie cilindrica interna del estator fuera desarrollada en un plano.

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REPRESENTACIÓN CIRCULAR

En este diagrama de representación se supone que el devanado es visto por un observador situado al frente del motor. En este diagrama cada grupo activo se representa por un pequeño circulo.

ESCUDO

Parte del motor que va afianzada a la carcaza. En ellos van montados los cojinetes sobre los cuales se apoya y gira el eje del rotor.

ESTATOR

Parte inmóvil del motor donde están ubicadas las bobinas.

FACTOR DE PÉRDIDAS

Relación entre las componentes activa y reactiva de las pérdidas de potencia.

FASE

Valor de la fuerza electromotriz o intensidad de una corriente eléctrica alterna en un momento determinado.

FIBRA DE VIDRIO

Material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos que al solidificarse tiene suficiente flexibilidad para ser usado como fibra.

HILO ESMALTADO

Hilo de conductor eléctrico para bobinados que, en lugar de un recubrimiento de algodón o seda, tiene una capa de barniz aislante.

HILO

Conductor sólido utilizado frecuentemente en motores de baja potencia para realizar los bobinados.

INTERRUPTOR CENTRÍFUGO

Interruptor cuya misión es desconectar el arrollamiento de arranque del motor en cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada.

INVERSIÓN DE POLARIDAD

Cambio de dirección de la corriente en sentido contrario al correspondiente de acuerdo a la dirección en que fluye en los demás polos.

LADO DE UNA BOBINA

Toda bobina tiene dos lados, el lado activo y la cabeza, esta última no genera tensiones electricas y sólo sirve para unir los lados de la bobina.

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LADO ACTIVO DE LA BOBINA

El lado activo es la que genera los campos magneticos. Lados de la bobina que se encuentran en las ranuras del estator en el motor.

MATERIAL AISLANTE O DIELÉCTRICO

Material que no permite el paso de la corriente eléctrica.

MOTOR ASÍNCRONO

Motor que gira o rota a una velocidad diferente a 60 hz o a algún múltiplo de dicha frecuencia eléctrica.

MOTOR ASÍNCRONO MONOFÁSICO

Motor que necesita ser alimentado con corriente eléctrica en una sola de sus líneas.

MOTOR TRIFÁSICO ASÍNCRONO DE ROTOR DEVANADO MOTOR TRIFÁSICO ASÍNCRONO DE JAULA DE ARDILLA NEMA

Motor similar al de jaula de ardilla trifásico, con la diferencia que su rotor está formado por bobinados Motor que es alimentado por una fuente trifásica de voltaje y que su rotor está formado por barras o platinas. “National Electrical Manufacturers Association” Asociación de constructores eléctricos de los Estados Unidos.

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Bibliografía 1. LAB-VOLT (QUÉBEC) LTDA. Motores y Generadores de CC y CA. Primer edición febrero de 1996. Québec-Canadá. Editorial Lab-Volt. Diciembre 1996. 280 pp. 2. PUCHOL Vivas, José Manuel. Motores de corriente alterna, Rebobinado, reparación de averías. 2da edición, Editorial Limusa, México, 1978. 287 pp. 3. ROSEMBERG, Robert. Reparación de Motores Eléctricos. Parte 1, 7a. Edición, editorial G. Gili, S.A. de C.V, San Pedro Ixtacalco, México, DF, 1970. 419 pp. 4. STEPHEN J. Chapman. Máquinas Eléctricas. 3era edición, editorial McGraw Hill, Colombia 2000. 768 pp. 5. THEODORE Wildi, Electrical Machines, drives, and power systems. 3era edición, Columbus Ohio, editorial. Prentice Hall, 1997. 811 pp. PÁGINAS WEB VISITADAS: es.wikipedia.org/wiki/Motor_asincrono www.tesisenxarxa.net/TDX-o524104.094238 www.tracepartsonline.net

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