Bobinado de Máquinas Eléctricas: Manual Técnico

BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS FRITZ RASKOP, ING. BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS CON 425 FIGURAS Y E S Q U E M A S DE DEVANADOS Traducción de la 12. a edición alemana por LUIS MARCOMBO, IBÁÑEZ S . A . - EDICIONES TÉCNICAS Avda. José Antonio, 594 - BARCELONA (7) Título de la obra original: DER KATECHISMUS FÜR DIE ANKERWICKELEI Ediciones Técnicas Herbert Cram, Berlin © MARCOMBO, S. A., 1962 DEPÓSITO LEGAL, B . 18.017. — 1962 N.° R.° 400 - 1962 Imprenta C l a r a s ó : V i 11 a r r o e 1, 17.— B a r c e l o n a ÍNDICE Págs. INTRODUCCIÓN xxi PRIMERA PARTE U T I L I Z A C I Ó N DE LAS RANURAS DE LOS INDUCIDOS DE CORRIENTE CONTINUA Y D E LOS ESTATORES DE CORRIENTE ALTERNA 1 Materiales activos y pasivos de las máquinas eléctricas El espacio para recibir el devanado Dimensiones del hilo de las bobinas Posibilidades de ejecución a mano de los diferentes tipos de devanado . . . . Compensación dinámica del rotor Aprovechamiento óptimo del espacio en los inducidos con bobinas moldeadas . . Bobinas prefabricadas Colocación de las bobinas Colocación de los hilos de conexión a los colectores Máquinas de corriente alterna Herramientas para la colocación de las bobinas Aprovechamiento del espacio disponible en devanados bipolares trifásicos y esquemas Diferentes tipos de ejecución de devanados estatóricos Forma de los grupos de las bobinas Aislamiento de los arrollamientos de alta tensión Fijación de los devanados y conexiones entre los grupos 1 1 1 3 3 5 7 9 12 12 13 14 14 .17 18 18 SEGUNDA P A R T E HERRAMIENTAS Y DISPOSITIVOS AUXILIARES 23 A) Zunchado Tiras aislantes Zunchado en el torno Tensión del alambre de los zunchos Zunchado de rotores en máquinas grandes 23 23 24 24 26 B) Procedimiento correcto de soldar las conexiones 26 Forma de los soldadores C) Rebaje de la mica entre las delgas del colector D) Aislamiento de las ranuras Requisitos y clases de los materiales aislantes Espesor del aislamiento Propiedades de los materiales aislantes Resistencia a la humedad y al calor Conductibilidad térmica Característica de resistencia eléctrica-temperatura Aislamiento de las ranuras para alta tensión 26 . . . . 29 30 31 31 31 32 33 33 34 ÍNDICE VI Págs. B) Determinación de la resistencia a la impregnación de los hilos esmaltados (aparato Raskop) TERCERA 35 PARTE ASPECTOS PRÁCTICOS DE LA CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Chapas magnéticas Técnica moderna de estampado de las chapas Troquelado rápido de ranuras Revestimiento de las chapas Taller de devanado de una fábrica moderna de maquinaria eléctrica Impregnación y secado de los devanados 37 . . . 37 38 38 39 44 42 . Instalaciones de impregnación y hornos de secado Estufa eléctrica Raskop para secado 49 51 Esmaltes electroaislantes y su empleo en la construcción de máquinas eléctricas . Clasificación de los barnices aislantes Propiedades de los barnices aislantes Ensayo de los barnices aislantes Procedimientos de impregnación Procedimientos de secado Impregnación de los devanados de hilo esmaltado . 53 54 55 58 58 58 59 Barnices de protección Contra los agentes tropicales 60 62 Nuevas materias aislantes Barnices de resinas sintéticas y siliconas Barnices sin disolvente (exentos de contracción) Mejoras por impregnación en el vacio 65 65 67 69 Empleo correcto del hilo esmaltado Dimensionado del hierro activo y del espacio de los devanados Comparación de motores de construcción alemana, rusa y americana Construcción de bobinas moldeadas Elección de los barnices para bobinas de hilo esmaltado 72 72 73 75 75 . . . Ensayo de máquinas reparadas Ensayos a plena carga y con diversas cargas Temperaturas máximas admis'bles Ensayos de aislamiento Factor de potencia y rendimiento Tablas de valores normalizados de rendimiento y factor de potencia de motores trifásicos de anillos rozantes y rotor de jaula Corrientes de magnetización, de marcha en vacío y de cortocircuito de los motores trifásicos Tabla de corrientes nominales, corrientes en vacio y corrientes de cortocircuito para modernos motores trifásicos Determinación del rendimiento Rendimiento de las máquinas de corriente alterna Medición de la resistencia del rotor de máquinas de c. c Rendimiento de los motores trifásicos Velocidades de los motores de corriente continua y trifásicos 77 77 79 80 SI 83-84 84 86 87 88 89 91 94 NOCIONES TEÓRICAS ÍNDICE VII CUARTA P A R T E Pags. DE D I S E Ñ O 97 Generalidades Máquinas de corriente continua Sección del hilo de los devanados Cálculo de la sección del hilo del inducido Cálculo de la sección del hilo del inductor Cálculo del paso del devanado Cálculo para devanados en paralelo Cálculo para devanados en serie Cálculo para devanados en serie-paralelo Cálculo del paso del colector Cálculo para devanados en paralelo Cálculo para devanados en serie Cálculo para devanados en serie-paralelo Anillos de igualación o equipotenciales Conexión Mordey 97 58 101 101 103 IOS 106 108 109 111 111 111 111 113 114 QUINTA P A R T E TRANSFORMACIONES Y REBOBINADOS 117 Transformación de un motor de c.c. tetrapolar de 220 V para 110 V . . . . 117 Transformación de motores trifásicos para otras velocidades 119 Devanados trifásicos con número entero de ranuras polo-fase 120 Tabla de números utilizables de ranuras y polos 120 Devanados trifásicos con número fraccionario de ranuras polo-fase . . . . 121 122 Esquema de conexiones para 10 polos, 24 ranuras Tabla de números utilizables de ranuras y polos 123 Tabla de los números de polos y velocidades de máquinas sincrónicas . . . . 124 Esquemas de conexión para devanados trifásicos fraccionarios de una capa . . 124-127 Devanados trifásicos fraccionarios de dos capas 110 Proyecto de un devanado trifásico ondulado fraccionario de 2 capas, 6 polos, 27 ranuras 143 Esquema de conexiones 145 Rotor con devanado bifásico 148 Diámetro 151 Culatas o yugo del estator 151 Números de ranuras del estator y rotor 151 Relación de transformación de tensión entre los devanados de estator y rotor . . 162 Cálculo de tensión del rotor 154 Cálculo de la corriente del rotor 155 Conexión en paralelo de los devanados trifásicos 156 Devanado trifásico conmutable de dos capas para 110, 125, 190, 220, 330, 380 voltios. 157 Devanado trifásico conmutable para 440/220, 220/210 voltios 158 Devanado trifásico de rotor en motores trifásicos 160 Datos de devanado del rotor del motor trifásico EAG D50/6 162 Devanado de rotores trifásicos especiales 165 170 Devanado de barras de rotor trifásico de 8 polos, 84 ranuras 173 Devanado de barras de rotor trifásico de 8 polos, 60 ranuras 175 Dimensiones y forma de las bobinas múltiples de ancho desigual en los devanados de una y dos capas 177 VIII ÍNDICE Págs. Tabla comparativa de los costes de mano de obra de bobinados con plantilla . 184-189 Aparatos para confección de bobinas 184-189 Bobinas trifásicas prefabricadas 189 200 Esquemas de devanado de una capa con bobinas insertadas a mano ranura por ranura Devanado trifásico de dos capas 253 Disposición constructiva Confección de los devanados Conexionado Esquemas simplificados Tablas de posibilidades 205 210 211 213-239-273 214-215 Paso acortado (de cuerda) de los devanados trifásicos 234 Tabla del número de conductores por ranura Ventajas 237 238 Motores trifásicos conmutables 249-283 Principio de conexión Dahlander Esquemas de conexión Montaje Weiner S S W Conmutador de polos Conexiones entre el motor y el conmutador Empleo del motor trifásico normal como motor monofásico de c.a Rebobinado de una máquina de gran potencia de 250 voltios para 500 voltios 251 248-283 258 260 279 272 . 281 Conexiones de igualación o equipotenciales para devanados serie-paralelo . . . . . 283 Tablas de diámetros de hilos de sección equivalente Tablas de diámetros y sección de hilo de cobre desnudo y con aislamiento 284 . . 285-286 Tabla de consumo de corriente de motores de c.c. y trifásico 287 Arranque de los motores trifásicos con rotor en cortocircuito, causas de deficiencia. Requisitos para el arranque perfecto Motores trifásicos cuyos rotores no arrancan o arrancan mal Motores trifásicos que arrancan sin dificultad Condiciones satisfactorias de los motores trifásicos con rotor de jaula Elección del número de ranuras del estator y del rotor . . . Rebobinado de motores de anillos rozantes para convertirlos en motores con rotor de jaula 288 288 291 292 294 294 295 Transformación de un devanado de cobre de rotor de jaula en un devanado de aluminio 296 Medios para mejorar el arranque de rotores en cortocircuito 297 Forma de las ranuras de los motores de jaula Casos especiales Medios y métodos para mejorar el arranque de motores asincrónicos monofásicos de jaula 298 299 303 Número de conductores para motores sincrónicos monofásicos 304 Obtención de las condiciones óptimas 305 Esquema de devanado del motor asincrónico monofásico R E , 4 / 4 . . . . 307 Interruptor de botón para motor monofásico, medios 307 Medios auxiliares de arranque 310-315 Empleo de motores trifásicos como monofásicos, con medios auxiliares de arranque. 316 Motores asincrónicos silenciosos con rotor de jaula Paquete de chapas Devanado del estator 317 317 319 ÍNDICE IX Págs. Mecanizado Elementos pasivos de construcción Relación ranuras estator/rotor Perfil de la chapa Entrehierro Devanados aislados del rotor Aislamiento de las ranuras del rotor Aislamiento de las ranuras del estator Reducción de los ruidos parásitos con láminas metálicas aislantes en el rotor Bibliografía . 319 320 320 320 320 320 321 321 322 323 SEXTA PARTE EQUILIBRADO DE LOS ROTORES DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 324 Necesidad de la compensación dinámica Condiciones técnicas del devanado para el equilibrio dinámico Aparatos y máquinas para la compensación dinámica Modo de operar 324 325 328 329 SÉPTIMA PARTE Reparación y rebobinado de pequeños motores Generalidades Archivo de datos de los motores fraccionarios Importancia del hilo esmaltado y de la impregnación de los devanados Calidad de los hilos esmaltados Resistencia de los hilos esmaltados a los medios disolventes Capas aislantes Impregnación de los arrollamientos de hilo esmaltado Barnices aislantes sintéticos 331 331 332 . . . . Los diferentes tipos y esquemas de motores fraccionarios Perfiles de chapa para pequeños motores Esquema Barkhausen para motores miniatura Posición de las escobillas y conexionado del colector Rebobinado Transformación de motores de c.c. en motores universales Máquinas bobinadoras para inducido o rotor Rotura de los conductores de conexión en motores fraccionarios de alta velocidad Decapado de los conductores de conexión de rotores de alta velocidad . . . Renovación de los colectores Equilibrado dinámico de rotores Motores monofásicos con rotor de jaula Devanado de arranque en cortocircuito no desconectable Esquemas de motores asincrónicos monofásicos Medios auxiliares de arranque Con fase auxiliar desconectable Resistencia de arranque Resistencia y reactancia Con condensador Cálculo de la capacidad del condensador Embrague magnético 334 33S 336 337 337 359 340 339 340 341 348 349 350 350 351 353 354 355 355 356-358 356-360 358-360 358-360 358-360 359-360 361 362 X ÍNDICE Págs. Reparación de aspiraciones de polvo Condiciones originales de marcha silenciosa Causas de ruido Conversión de la presión manométrica en el tubo de aspiración Conservación de las características originales Datos de devanado de algunos motores fraccionarios Sección longitudinal de una máquina de taladrar manual Aparato para desmontaje de arrollamientos deteriorados 362 363 363 364 36S 369-383 384 385 Anexo. Ensayos y control de calidad de las máquinas eléctricas (extracto de las normas alemanas V D E ) 388 APÉNDICE Normas españolas A E E de máquinas eléctricas y barnice« aislantes 413 ÍNDICE DE TABLAS Págs. 83-84 Valores normalizados del rendimiento y el factor de potencia de motores trifásicos Corrientes nominales, corrientes en vacío y corrientes en cortocircuito para motores 86 trifásicos 102 Corriente del rotor por CV en máquinas de c.c 120 Posibilidades de devanado trifásico normal con número entero de ranuras . 123 Posibilidades de un devanado trifásico con número fraccionario de ranuras . 134 Velocidad nominal de máquinas sincrónicas Distribución de los grupos de bobinas en las ranuras de una devanado trifásico normal 137 de 8 polos, 1 capa, 2 planos Distribución de los grupos de bobinas en las ranuras de un devanado trifásico norma 138 de 4 polos, 1 capa, 2 planos 142 Distribución de los grupos de bobinas de 2 capas y 4 polos 142 Distribución de los grupos de bobinas de 2 capas, 8 polos 143 Proyecto de un devanado trifásico ondulado fraccionario de 2 capas, 6 polos y 27 ranuras 160-165 Devanado de rotor en motores trifásicos 160-165 Devanado de barras para rotor trifásico de SO períodos, 8 polos, 84 ranuras . 175 Devanado de barras para rotor trifásico 8 polos, 120 barras, 60 ranuras, 750 r.p.m. . 184 Coste de la mano de obra por montaje de las bobinas 214 Conexiones de devanados de una o varias ranuras por polo y fase de motores trifásicos. Posibilidades de conexión de devanado trifásico de bobinas moldeadas de 2 capas, de ancho igual o desigual, para todos los pasos de devanado y números de ranuras (motores normales para servicio permanente, tensión de la red 380-220 V, SO Hz) Aumento del número de conductores por ranura en función del paso . . . . Diámetros de hilos de sección equivalente para conductores en paralelo . Diámetro y sección de conducción de cobre desnudo y con aislamiento . Consumos de corriente de motores de c.c. y trifásica Número de ranuras de motores de mal arranque Número de ranuras recomendable para un motor de buen arranque . . . . Número de ranuras del estator y del rotor Valores de capacidad de condensadores de arranque de motores asincrónicos monofásicos Datos de devanado de algunos motores fraccionarios Gastos de desmontaje de devanados . . . . . . . . . . 215 237 285 286 287 291 292 294 360 369 385 ÍNDICE DE ESQUEMAS DE DEVANADOS Págs. I. 2 polos, trifásicos —> 1 y 2 capas — figs. 23 a 30 (comparación de diferentes modos de bobinado) 14-16 . 114 I I I . Conexión en serie y en paralelo de inductor en máquinas de c.c. (figs. 115-116) . II. Conexiones de igualación de devanados de inducidos de c.c. (fig. 110) . . 118 IV. T R I F Á S I C O — 1 capa — número fraccionario de ranuras por polo y FASE. 4 POLOS 18 ranuras. Fig. 122 30 » »124 27 » »125 42 » »132 54 » » 139 124 125 126 129 131 6 POLOS 2 4 » » 202 195 30 39 45 48 » » » » »126 »130 »133 »136 127 128 130 139 POLOS 3 0 » » 1 2 7 8 127 36 » »128 36 » » 208 42 » »131 48 » »137 54 » »140 54 » »169 60 » »143 66 » »157 84 » » 144-147 90 » »158 10 POLOS 24 ranuras. Fig. 121 36 » »129 45 » » 134-135 48 » »138 54 » »141 72 » »145 96 » »159 V.a) 1 2 POLOS 5 4 » » 1 4 2 60 » » 127 198 128 131 132 172 133 148 134-136 149 122 128 130 139 132 135 150 132 146-155-156 .' T R I F Á S I C O — 2 capas — número fraccionario de ranuras por polo y 136-147 FASE 4 POLOS 18 ranuras. Fig. 233 27 » » 236 30 » » 237 42 » » 240 6 POLOS 2 4 » » 27 48 » » »152 »136 218 220 221 223 243 225 ! ! ! ' 145 134 ÍNDICE DE ESQUEMAS DE DEVANADOS XIV 8 POLOS 30 ranuras. Fig. 247 » 248 36 » » 249 42 » » 251 54 » » 252 60 » » 253 60 » » 254 66 » » 255 78 » V. 6) T R I F Á S I C O — 3 capas —número fraccionario de RANURAS. 10 POLOS 18 ranuras. Fig. 123 VI. T R I F Á S I C O — 1 capa —número entero de ranuras polo-FASE. 2 POLOS 12 ranuras. Fig. 197 18 » >199 24 » » 200 36 » » 203 36 » » 204 4 POLOS 1 2 » » 1 9 8 24 » »201 36 » » 206 48 » »212 6 POLOS 36 ranuras. Fig. 207 » »205 8 POLOS 48 72 » »210 72 » »211 10 POLOS 6 0 » » 2C5 VII. T R I F Á S I C O S — 2 capas —número entero de ranuras polo-FASE. 12 ranuras, Fig. 228 18 » » 229 24 » » 230 36 » » 232 23 1 POLOS 2 4 » » 36 » » 224 36 » » 238 36 » » 239 36 » » 24 1 48 » » 242 244 POLOS 3 6 » » 54 » » 245 72 » » 246 2S0 ÍPOLOS 4 8 » » 72 » » 257 POLOS VIII. T R I F Á S I C O — 2 capas —número entero de ranuras polo-FASE. 2 POLOS 2 bobinas en serie en cada fase. Fig. 258 2 » » paralelo por fase » 259 4 POLOS 4 » » serie » » » 260 2 » » paralelo » » » 261 4 » » paralelo » » » 262 6 POLOS 6 » » serie » » » 263 . . . . . . Í N D I C E D E ESQUEMAS D E xv DEVANADOS Págs. 2 bobinas en paralelo por fase. Fig. 264 » 265 paralelo 3 » 266 paralelo 6 » 225 serie ! POLOS 8 » 267 paralelo 2 » 268 paralelo 4 » 269 paralelo IX. T R I F Á S I C O S polos conmutables. 4/2 polos, 24 ranuras, 1 capa. Fig. 278 2 capas. » 285 24 4/2 2 » » 286 24 4/2 287 » » 2 36 4/2 291 (Dahalander) 48 2/4 295 38 2 •» n> 4/6 36 » 301 1 capa 6/4/2 54 2 capas » 277 6/4/2 288 36 8/4 289 48 8/4 36 2 capas triángulo estrella conexión 8/4 Figura 290 1 capa, conx. Dahalander. Fig. 279 48 8/4 36 capas. Fig. 296 8/6 300 36 8/6/4 303 48 8/6/4 293 36 8/6/4/2 280 capa 60 12/6 292 capas 36 12/6 281 capa 72 12/6 294 capas 72 12/6 284 72 12/8/6/4 Dahalander . IX. o) E S Q U E M A S simplificados conmutación de polos Bahlander, devanados de dos capas. 4/2 polos para todos los números de ranuras y pasos de devanado. Fig. 270 . 8/4 polos para todos los números de ranuras y pasos de devanado. Fig. 271 . 12/6 polos para todos los números de ranuras y pasos de devanado. Fig. 272 . 16/8 polos para todos los números de ranuras y pasos de devanado. Fig. 273 . IX. 6) 8/6/4 polos conmutables S S W / W e i n e r t . Fig. 304 Triángulo/triángulo-estrella, 12 bornes. Fig. 302 Esquema de principio para 4 velocidades. Fig. 282 Esquema Dahlander. Fig. 308 Esquema Dahlander con 3 velocidades. Fig. 310 Esquema S S W / W e i n e r t con 4 velocidades. Fig. 283 . . . . 246 246 247 248 276 275 260 279 380 260 X. B I F Á S I C O con número fraccionario de ranuras polo-fase. 4 polos, 16 ranuras. Fig. 167 (devanado bifásico de rotor) 4 » 36 » » 161 (devanado bifásico de rotor) 4 » 16 » » 168 (bifásico con bobinas moldeadas) Devanados monof. » 330-336 161 152 164 307-316 XVI ÍNDICE DE ESQUEMAS DE DEVANADOS XI. E S Q U E M A S P A R T I C U L A R E S . 1. Devanado trifásico, 6 polos, 2 capas conmutables para 110, 125, 190, 220, 330 y 380 V 2. Devanado trifásico conmutable, 4 polos, 2 capas, para relación de tensión 2 / 1 (p. e j , 330/220). Fig. 164 3. Bobinas de ancho desigual para 2, 3 y 4 ranuras polo-fase. Fig. 165 . . . 4. Conexión impracticable con bobinas múltiples en paralelo. Fig. 166 . . . 5. Devanado trifásico, 4 polos, 48 ranuras, tres planos, número fraccionario de ranuras polo-fase. Fig. 214 6. Devanado trifásico, 4 polos, 3 planos con estator dividido. Fig. 215 . . . 7. Esquema universal para devanados trifásicos de 2, 4, 6 y 8 polos, 2 capas con bobinas múltiples de ancho desigual. Fig. 256 8. Devanado de c.c. serie-paralelo, 8 polos, 270 ranuras con conexión equipotencial. Fig. 315 Págs. 150 158 159 159 202 203 234 283 PRÓLOGO DE LA 12.a EDICIÓN La aparición de la 12.a edición de esta obra ha ofrecido al autor una ocasión para revisarla cuidadosamente y ampliar todo su contenido. Sin embargo he partido del punto de vista de que en los últimos decenios no ha cambiado nada fundamental en lo referente a los conocidos y probados métodos de devanados y que, probablemente, en un futuro previsible tampoco han de esperarse notables alteraciones en este sentido. Han sido más bien los intereses de los constructores y reparadores, lo que me ha servido de orientación; intereses que están supeditados a la evolución progresiva en la construcción, y sobre todo al natural afán de lograr métodos de fabricación que economicen tiempo y costes. En los momentos actuales, la racionalización, mecanización y automatización destacan la introducción de métodos apropiados para mejorar la calidad y reducir el tiempo y el coste de fabricación. Aquí surge la necesidad de seguir exponiendo medios y procedimientos que sean útiles para alcanzar estas metas. En este sentido se ha aumentado de manera notable el número de los esquemas de devanado, reproducciones de máquinas bobinadoras mejoradas que aparecieron en el tiempo transcurrido desde la edición anterior y medios auxiliares, con lo que se amplía el texto y se informa de los métodos de fabricación que constituyen un progreso. En particular, he revisado cuidadosamente y ampliado considerablemente el capítulo "Reparación de motores fraccionarios". Igualmente he ampliado el archivo de datos de devanados. El autor está constantemente en contacto e intercambio de experiencias con especialistas de devanado, tanto de los países europeos como de ultramar. Los informes e indicaciones recibidos por este conducto se aprovecharon para la revisión de la presente edición. Pero también queremos manifestar aquí que la obra ha encontrado nuevos amigos fuera de las fronteras alemanas y ha contribuido al progreso y a la evolución en los talleres de devanado. Al aparecer la presente 12.a edición el autor contempla una actividad de 37 años de publicista especializado y de ingeniero asesor. Durante esta larga época surgieron muchos miles de contactos espirituales y personales, que le inducen a hacer público su agradecimiento al gran círculo de lectores y amigos que, dentro y fuera de su país, le han dado muestras de confianza. Este agradecimiento del autor es extensivo a los que, habiéndole pedido consejo, le estimularon con sus consultas en su actividad de publicista técnico, y asimismo al editor y a sus colaboradores en la presente obra. EL 2 AUTOR PRÓLOGO DE LA 11.a EDICIÓN El presente libro técnico contiene una colección de experiencias prácticas propias e indicaciones para el constructor de máquinas eléctricas y, sobre todo, para los profesionales que se ocupan de la reparación de estas máquinas, de su rebobinado y de sus modificaciones. La obra está concebida en su origen como ampliación del libro del autor Die Instandsetzung an elektrischen Maschinen, Transformatoren und Starkstromapparaten, Fehlerbestimmung und Prüfung instandgesetzer Maschinem ("La reparación de máquinas eléctricas y aparatos eléctricos industriales, determinación de sus defectos y examen de las máquinas reparadas"). Con las exigencias, cada vez mayores, impuestas a los talleres de reparación de máquinas eléctricas, se ha hecho necesaria una ampliación bien estudiada y la revisión de las distintas secciones de la obra. Por esta razón, esta obra ha adquirido pero su finalidad primitiva no ha variado. como libro una cierta independencia, La obra, en manos de decenas de millares de profesionales alemanes y extranjeros, ha contribuido a la evolución de la profesión de electrotécnico constructor y desde decenios es un elemento firme en las bibliotecas técnicas y en los talleres de reparación de máquinas eléctricas. Desde hace mucho tiempo existen relaciones espirituales y personales entre la gran comunidad de los constructores de máquinas eléctricas y el autor, el cual tiene el deseo de que estas relaciones sirvan para el bien y provecho de la comunidad dentro del marco del intercambio de experiencias profundizadas. EL AUTOR INTRODUCCIÓN A consecuencia de la pujante evolución experimentada en la industria de máquinas eléctricas durante los últimos decenios, la profesión de constructor de estas máquinas es de considerable importancia. Las posibilidades, casi ilimitadas, del Fig. 1. — El montaje de las bobinas prefabricadas en el estator de un gran alternador. (Foto Elin, Weiz.) XXII BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS empleo de las máquinas eléctricas en la industria, las comunicaciones y la agricultura, ofrecen al constructor de estas máquinas las mejores perspectivas. Para que el constructor pueda desplegar una actividad realmente satisfactoria, es indispensable que posea una formación teórica nada despreciable, además de los necesarios conocimientos prácticos. Pero por mucha importancia que deba atribuirse a esta formación teórica, los conocimientos prácticos son fundamentales en la instrucción profesional, por lo Fig. 2. — Vista de la sección de bobinado de un taller moderno para reparación de máquinas eléctricas. (Foto Profitlich, Siegburg.) que la exposición de las experiencias prácticas merece la máxima extensión en las obras a aquél destinadas. Pero sólo puede considerarse como apropiada la exposición de los detalles teóricos, si éstos están directamente relacionados con el proceso práctico del trabajo. Desde luego, la profesión de constructor de máquinas eléctricas es una de las que exigen la posesión de conocimientos teóricos y prácticos previos. Este hecho nos ofrece un motivo particular para tener en cuenta dichas condiciones de conocimientos previos al confeccionar y ordenar la materia a enseñar. En la presente obra encontrarán un comentario adecuado no solamente la exposición de los procesos laborales prácticos sino también los métodos de trabajo, las máquinas y herramientas, los medios auxiliares y el empleo económico de los materiales. Al mismo tiempo que describiremos los motores de fabricación alemana, comentaremos algunos detalles teóricos que pueden ser de cierto interés para el práctico, con lo que éste podrá adquirir conocimientos técnicos relacionados con la construcción de las máquinas eléctricas. El reparador se verá muchas veces enfrentado con problemas que exigen el conocimiento de ciertas condiciones de la construcción. Hay defectos que no se notan hasta después de realizada la reparación, debido INTRODUCCIÓN XXIII al desconocimiento de ciertos requisitos de orden mecánico o eléctrico, con las consiguientes dificultades cuando no se cumplen. P o r esta razón, en la presente obra se dedica un capítulo especial a las condiciones de orden eléctrico y mecánico que pueden ser anuladas o alteradas durante la reparación de las máquinas a causa de un trabajo inapropiado y que luego pueden dar motivo a irregularidades en mayor o menor grado. Estas explicaciones introducidas en el texto fundamental tienen sobre todo por finalidad reforzar el juicio técnico del práctico y fomentar la comprensión de la necesidad de un trabajo exacto y perfecto. PRIMERA P A R T E UTILIZACIÓN DE LAS RANURAS DE LOS INDUCIDOS DE CORRIENTE CONTINUA Y DE LOS ESTATORES DE CORRIENTE ALTERNA La construcción de máquinas eléctricas puede considerarse en su estado actual como ya perfecta. El práctico puede admitir esto como un hecho y dirigir su atención especialmente hacia el proceso de fabricación de las máquinas. Actualmente aún es posible mejorar estos métodos, lo que también es muy deseable. Para la perfecta comprensión de los distintos tipos de ejecución es necesario precisar el significado de algunos términos y analizar los puntos de vista que guían al constructor en sus proyectos, cálculos y construcción de la máquina. En una máquina eléctrica diferenciamos el material activo y el material pasivo. En las máquinas de c. c. encontramos el primero en el cuerpo del rotor (inducido) y de los núcleos o polos, armadura del rotor, carcasa del inductor o campo, y en los arrollamientos o devanado, etc. En las máquinas de corriente trifásica podemos designar como tales solamente los paquetes de chapas del rotor y del estator, además de los devanados. El material activo es el que queda expuesto a una carga eléctrica o magnética, mientras el material pasivo está constituido por elementos de construcción que están sometidos a una carga mecánica. El material activo de carga magnética se compone de láminas o chapas de hierro de alta calidad y de un grueso de 0,5 mm, revestidas por un lado con papel o barniz aislante. El material pasivo se compone, mientras formen parte de la carcasa, casi exclusivamente de hierro o acero fundido o metales ligeros. El espacio para recibir el devanado El constructor tiene que reducir al mínimo el material pasivo en la construcción de la máquina con el fin de que ésta sea lo más pequeña y liviana posible. Atendiendo el constructor estas exigencias, con frecuencia se ve obligado a colocar el devanado en un espacio estrecho. Al confeccionar tales devanados tiene que proceder con particular cuidado para evitar que se produzcan contactos entre la armadura y el devanado o entre los diversos arrollamientos del mismo. En los grandes talleres, por realizarse la producción en serie, los bobinadores se familiarizan pronto con determinados tipos de devanados y con las condiciones del espacio disponible, pero un devanado nuevo, ejecutado en un taller de reparación, requiere atención particular y un trabajo de lo más cuidadoso. Sobre todo hay que poner atención para que las dimensiones del hilo de las bobinas, tanto desnudo como aislado, sean las mismas que en el devanado primitivo y para que 2 BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS la forma de las bobinas, es decir, de los arrollamientos en conjunto, sea lo más parecida posible a la forma primitiva ya probada. Una alteración de las medidas del material activo o un aumento de las dimensiones de las ranuras y de las bocas de las mismas o disminución de la sección del hilo tienen una influencia desventajosa sobre el rendimiento de la máquina y sobre el factor de rendimiento. Experimentos de esta clase son en todo caso muy arriesgados y deben ser Fig. 3.—'Aprovechamiento ejemplar del espacio en la formación de la cabeza de devanado de un rotor de corriente continua. (Foto H. Schiimann, Lübeck.) evitados en lo posible, ya que pueden tener por consecuencia muy desagradables perturbaciones. Si se ha comprobado que el espacio disponible en las ranuras es insuficiente, lo que se puede averiguar fácilmente al desmontar el devanado averiado, se debe poner una atención especial en el espesor del aislamiento de las ranuras y del aislamiento textil del hilo de las bobinas. Los hilos deben quedar perfectamente orientados, paralelos y yuxtapuestos en las ranuras y deben ser apretados con un pequeño listón de madera o herramientas especiales. Los haces de los diversos elementos del devanado deben ordenarse fuera de las ranuras para aprovechar al máximo el espacio disponible. Muchas veces hay que valerse de dobladuras y codos para adaptar la forma del devanado a las condiciones del espacio disponible. Mientras estas condiciones del espacio en las ranuras se pueden investigar fácilmente por la introducción del número necesario de hilos (bobinas), las condiciones correspondientes del espacio disponible para el devanado fuera de las ranuras sólo pueden apreciarse después de haber terminado una parte del devanado. Por ejemplo, en el caso de un rotor de c. c. con devanado a mano, puede ocurrir que el espacio R (fig. 4) no sea suficiente para colocar adecuadamente el UTILIZACIÓN DE LAS RANURAS 3 •devanado, mientras que en la disposición primitiva no se pudo observar esta condición. Generalmente en estos casos el bobinador no dispone del suficiente espacio para el devanado y, una vez esté terminado, su extremo exterior llega hasta el •cojinete. También puede ocurrir que a causa de una disposición inadecuada de los diversos elementos, se produzca en el lado frontal del rotor una protuberancia, que puede elevarse sobre la mitad de la superficie frontal, mientras la otra mitad queda notablemente inclinada hacia atrás. Con ello se altera cnionces la posición del centro de gravedad de la cabeza del devanado, lo que habrá que contrarrestar por compensación dinámica del rotor. En la mayoría de los casos no será posible esta compensación dinámica, ya que en esta forma de ejecución del devanado se hace imposible la colocación de un contrapeso de compensación. Si entonces ponemos el rotor en marcha con un devanado no compensado, pueden producirse perturbaciones que se ponen de manifiesto por vibración de toda la máquina y chispeo de las escobillas. continua para devanado a mano. Como en los talleres de reparación es muy frecuente tener que bobinar de nuevo rotores anteriormente reparados a mano, el operario no dispone en estos casos del devanado primitivo como modelo para observar todos los detalles. Por tanto es conveniente comentar algunos puntos de vista cuya observancia es esencial para la perfecta fabricación de esta clase de devanados. Por regla general, se puede decir, que, en primer lugar, no deben elegirse demasiado gruesos el espesor del aislamiento t e x t i l del hilo ni el del aislamiento de cada bobina en el plano frontal del rotor. Las espiras de una bobina deben colocarse lo más paralelamente posible en el plano frontal, evitando los cruces y juntándolas en caso necesario mediante ligeros golpes dados con un trozo de m a d e r a o valiéndose de cuñas de prespán o Fig. 5. — Rotor de corriente continua para devanado a mano, de otro material aprocon dos bobinas ya devanadas. 4 BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS piado. Obsérvese que en los devanados de arrollamiento continuo, tanto de paso diametral como de cuerda, la parte H de la bobina queda fuertemente apretada sobre la bobina anteriormente arrollada, mientras la parte E queda más floja (fig. 5). En la ejecución del devanado se progresa contra el sentido del reloj desde la ranura 1, 2, 3, etc. hasta la ranura 12 y esto hasta que la ranura 1 esté llena. La medida R indicada en la figura 4 aumenta al arrollar cada bobina, pero en la ranura 12 no se debe exceder de la medida máxima sino que se debe mantener esta medida hasta completar el devanado. Para aislar entre sí las capas superiores y las inferiores de las bobinas, una vez colocada la mitad del número total de bobinas, se coloca sobre las cabezas una corona circular de tela fuerte cuyo diámetro interior sea igual al diámetro del UTILIZACIÓN DE LAS RANURAS 5 eje en el extremo aislado. El diámetro exterior de esta corona de tela debe ser suficiente para cubrir las ranuras del rotor y las tiras aislantes colocadas en ellas entre las capas superior e inferior del devanado. Como la corona es plana, después de colocar cada una de las bobinas superiores habrá que alisar la tela para que no quede arrugada y al llegar a la penúltima bobina se corta el pliegue que se forma y se solapan las puntas debajo de la última bobina. En el caso de rotores de c. c. construidos exclusivamente con este tipo de devanado (por ej. Bergmann-Elektr. - Werke) el constructor ha calculado el espacio R y el plano frontal del rotor, de forma que, con alguna práctica, se puede producir con relativa facilidad el bobinado. El diámetro del rotor es el apropiado y Fig. 8. — Rotor de corriente continua. las ranuras son más estrechas que los dientes. Por tanto, en estas condiciones es fácilmente previsible la posibilidad de proceder a este tipo de devanado sin mayores dificultades. En la figura 6 la mitad de la bobina está arrollada por delante y la otra mitad por detrás. También se practica el devanado en forma continua como en la figura 5. En la construcción de la máquina se puede elegir el diámetro del rotor mayor que la longitud (fig. 5) o bien la longitud mayor que el diámetro, siempre que la sección del hierro activo del inducido sea suficiente. Para un determinado número de revoluciones por minuto (r.p.m.), la velocidad periférica admisible fijará el valor máximo del diámetro que se puede adoptar. Las dimensiones del inducido están supeditadas también a la facilidad de fabricación. Así, por ejemplo, para aminorar el coste de estampación de las chapas, los motores de 2 y 3 CV se fabrican empleando la misma carcasa. Igualmente se emplean en dichos motores inducidos del mismo diámetro con igual número de ranuras y forma de las mismas. Lo único que varía de uno a otro motor es la cantidad de hierro activo y la disposición del devanado. E n los inducidos con devanados de bobinas moldeadas o prefabricadas no suele ser escaso el espacio disponible fuera de las ranuras. Pero también en ellos es necesario un aprovechamiento cuidadoso del espacio disponible para la bobina cuando el diámetro del rotor es pequeño, las ranuras son anchas y los dientes son estrechos; éste es principalmente el caso de los motores con más de dos polos, de construcción antigua, que tienen este tipo de devanado. Las máquinas modernas de cinco CV en adelante se construyen tetrapolares casi sin excepción. El diámetro del rotor es casi siempre mayor que su longitud, basándose para ello en fórmulas de cálculo bien probadas. La distancia entre los polos es menor que en una máquina 6 BOBINADO D E MÁQUINAS ELÉCTRICAS bipolar, la sección de devanado es menor y la magnitud R de la figura 8 es también más reducida. Con bobinas del mismo tamaño pero de forma diferente esta medida puede ser alterada desfavorablemente. Por ejemplo, si se forman dos bobinas en el mismo molde pero de modo que la medida B de la figura 9 sea distinta, las medidas R ya no serán iguales. Entonces las cabezas de las bobinas resultan demasiado largas y rozan con el hierro de la carcasa por insuficiente curvatura de la tapa del cojinete, o bien, en el caso de que la medida B se haya elegido demasiado grande, R será cada vez menor desde la bobina cuarta hasta la sexta y se hará imposible terminar el devanado. La acertada elección de B para no entorpecer el trabajo del devanado, depende generalmente del espacio R disponible. En la mayoría de las máquinas multipolares se puede variar sin inconveniente unos milímetros esta medida con respecto al devanado primitivo, pero siempre es aconsejable atenerse a las dimensiones originales. Si el espacio R ha sido ya reducido al mínimo por parte del constructor, habrá que elegir acertadamente el paso de devanado, el espesor del hilo, el aislamiento textil y el aislamiento de cinta en espiral. Las espiras de cada bobina deben quedar colocadas paralelamente y superpuestas fuera de las ranuras de modo que la medida B de la figura 9 no resulte mayor que la primitiva. Naturalmente, las dimensiones fundamentales de la plantilla o molde de las bobinas (fig. 10) son de importancia decisiva para la perfección del devanado. Como ya hemos indicado, en las máquinas multipolares normales la longitud R debe ser la conveniente para efectuar el devanado. Mayores dificultades presentan las condiciones de motores especiales para cuya UTILIZACIÓN DE LAS RANURAS 7 ejecución y cálculo se ha adoptado una forma global más reducida apropiada a su uso práctico. E n el c a s o d e motores para vagonetas de m i n a s , por ejemplo, el espacio R es generalmente muy reducido. L a e j e c u c i ó n del Fig. 10. — Pieza de separación de un molde para bobinas, devanado exige, sobre todo si se trata de un motor para tensión nominal de más de 500 voltios, un trabajo muy cuidadoso al confeccionar las bobinas y el conveniente aprovechamiento del espacio disponible. En estos casos es aconsejable confeccio.nar las bobinas en un molde metálico que por ^ su construcción ingeniosa haga posible Fig. 11. —Dispositivo aj ustable (Rekord) ción en la curvadura de las partes extremas de la bobina para que se adapten a la convexidad de la armadura del rotor. Cuando el paso de la bobina es pequeño con respecto para bobinar, según diseño del autor. al d i á m e t r o del r o t o r , se p u e d e n c u r v a r las bobinas convenientemente durante su colocación. Los moldes metálicos para bobinas con partes curvadas son aplicables a un determinado tamaño, lo que exige que se amorticen los gastos de adquisición con un trabajo ininterrumpido. La figura 13 ilustra un molde aj ustable que es utilizable para diversos tamaños. Las bobinas hechas con este molde no tienen partes curvadas, pero poseen la ventaja de su uniformidad y producen una cabeza de devanado de muy buen aspecto. La confección de una bobina formada con varios hilos yuxtapuestos necesita bastante práctica y tiempo. P a r a bobinas con cabezas curvadas se p r e p a r a un molde como el de la figuFig. 12. — Bobina prefabricada. 8 BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ra 13. Su forma arqueada corresponde al diámetro de la armadura y para las cabezas se colocan unas láminas curvadas que actúan de soportes. Para sacar sin dificultades la bobina del molde hay que desarmar éste. p a r a la confección. Con un molde de este tipo se consigue que las bobinas del rotor tengan la forma adecuada en el devanado, pero habrá que rectificarlas doblándolas cuidadosamente y dándoles ligeros golpes en su posición primitiva. La experiencia ha demostrado que las bobinas hechas de este modo exigen pocas rectificaciones de su forma original. Así se facilita y se acelera el trabajo, garantizando al mismo tiempo toda la confección del devanado, siempre que se hayan elegido bien las medidas fundamentales de la bobina. Se deben mencionar aún algunos detalles cuya observancia tiene importancia para la determinación correcta de las dimensiones fundamentales de las bobinas. Se puede determinar fácilmente la distancia R (fig. 14) existente en las armaduras de rotores midiendo en la máquina totalmente montada la distancia entre el cuerpo y la tapa del cojinete, y teniendo en cuenta el juego axial del rotor, se debe reducir UTILIZACIÓN DE LAS RANURAS 9 aún más esta distancia para que quede un espacio de aire entre el devanado y los cojinetes de, aproximadamente, 20 a 30 mm. E n condiciones normales, el que las bobinas puedan ser colocadas en el espacio R depende sólo de las dimensiones A y B (fig. 14). P a r a máquinas de c. c. n o r m a l e s de fabricación Siemens Schuckert-Werke y A E G estas medidas son más holgadas que en otras construcciones, por lo que en ellas se tropieza raras veces con Fig. 15. — Taller de bobinado. Confección de bobinas prefabricadas para unidades de potencia media. (Foto H . Schümann, Lübeck.) dificultades para el devanado, ya que las condiciones del espacio han sido establecidas con suficiente margen, y, si las medidas fundamentales (figs. 8 y 14) se han tomado realmente algo cortas, se puede conseguir la compensación reduciendo la medida B (fig. 9). Si las dimensiones no han sido bien determinadas, se deben mantener las medidas A y B dentro del mínimo margen admisible. P a r a ello no es posible indicar a primera vista unas medidas determinadas. Sin embargo, después de haber adquirido algún conocimiento de los tipos de construcción más usuales y con la experiencia adquirida en la práctica, no será difícil averiguar las medidas exactas. Dado que el espacio R resulta de las medidas a, b, c y d y el paso parcial está determinado por el paso Y i del devanado, estas medidas se pueden obtener también por cálculo. Pero aquí hemos de renunciar a exponer el curso de este cálculo ya que esto rebasaría el plan de esta obra y se pueden satisfacer los requisitos prácticos sin la deducción de fórmulas. Primero se toma un alambre de cobre y se le dobla de acuerdo con el paso del devanado y de las dimensiones R de la bobina, dándole una forma análoga a la de la bobina representada en la figura 9 o en la figura 14. E n una máquina de 5 CV tomaremos para ello unos 15 a 20 mm. Ahora se ajusta el molde variable de la figura 13 para adaptarlo a la forma dada al alambre de cobre o se construye una 3 10 BOBINADO D E MÁQUINAS ELÉCTRICAS plantilla de madera como la representada en la figura 10. Por una colocación cuidadosa de los hilos, en que deben quedar paralelos y superpuestos y mediante un encintado perfecto, se consigue que las dimensiones de las bobinas sean mínimas. Una vez terminadas dos bobinas se las coloca en la armadura. Para ello se introduce primero una bobina ateniéndose al paso de devanado Yi (fig. 14, ranuras 1-7) y luego se introduce la segunda bobina a una distancia de % Y x de la anterior e igualmente respetando el paso de devanado (fig. 14, ranuras 4-10). Después de haber rectificado la posición de las dos bobinas, se toma la medida h y se comprueba si se pueden colocar más bobinas en las ranuras que todavía no están llenas así como si es suficiente el espacio sin tener que variar la dimensión c. En rr\ T casos dudosos se confeccionan o i un número necesario de bobinas i L Z y se procede a este ensayo por O o colocación de las mismas. s Después de los ensayos indicados, se puede proceder a una rectificación de las dimenFig. 16. — Rotor de corriente continua no bobinado, pero con soporte del devanado. siones a y b (medidas fundamentales) para mejorar la forma global. La altura del extremo o punta de la bobina debe ser más pequeña que la dimensión r de la figura 16, con el fin de que el diámetro de la cabeza del devanado no sea mayor que el diámetro del rotor. Los extremos de las bobinas que asoman por el lado del colector se reúnen en un cabezal cuyo diámetro debe ser menor que el del lado de la polea. No obstante, esta condición es sólo válida si los cabos o conexiones de devanado salen de las bobinas como en la figura 9, para producir un conexionado en serie o serieparalelo. Para la conexión en paralelo, la disposición es la de la figura 12. En el primer caso la altura de una mitad de bobina se reduce en una magnitud igual al diámetro del hilo de conexión. Por este motivo se reduce también el diámetro de la cabeza del devanado. Sin embargo, hemos de tener en cuenta que las conexiones deben estar muy bien aisladas porque la diferencia de tensión entre dos bobinas contiguas es igual a la tensión nominal total. Para ejecutar este aislamiento en forma adecuada a su finalidad se revisten los extremos con tubos de hilo o algodón y además se colocan tiras de prespán o cintas textiles entre la caja superior e inferior. Con ello el diámetro total de la cabeza del devanado experimenta naturalmente un aumento que, de no observarse las medidas mínimas, puede conducir a perturbaciones indeseables. Si el cuerpo del devanado es relativamente alto, es decir si se ha tomado demasiado grande la medida r de la figura 16, es recomendable mantener la altura en el lado del colector algo menor que en el lado de la polea. Además, antes de colocar los hilos superiores se debe investigar, mediante una regla puesta encima del cuerpo del rotor, la altura de la cabeza del devanado. Al calcular esta medida debe tenerse en cuenta que los forros de los hilos exigen también algo de espacio. Si no se tiene en cuenta el detalle indicado, puede ocurrir fácilmente que el diámetro de la cabeza del devanado sea demasiado grande y que no quepa el rotor en la carcasa, es decir, en el estator. • 12 BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Aprovechamiento del espacio para colocar los hilos superiores de conexión. En el que se pueda colocar la totalidad de los hilos disponibles exige una particular atención ya que depende generalmente de que se hayan doblado convenientemente los primeros de dichos hilos. En el caso de rotores relativamente cortos y de gran diámetro, es decir, de construcción compacta de la máquina y gran fraccionamiento del colector (elevada tensión nominal), no pocas veces se presentan dificultades para la colocación de los hilos superiores en el espacio R (fig. 17). Si hay holgura para el aislamiento de los hilos de conexión (arrollamiento de cinta textil), es recomendable conectar los hilos superiores en dos capas. Primero se colocan uno al lado de otro los hilos 1, 3, 5, etc., o sea los de orden impar. La segunda mitad de los hilos superiores de conexión se ordenan de la misma forma en una segunda capa. De esta manera procede en la fabricación de algunos tipos de c. c. la Bergmann-Elecktrizitáts-A-G para la colocación de los hilos superiores de conexión. También la AEG de Berlín emplea este procedimiento para algunos de los tipos de c. a. más antiguos. En las construcciones normales debe procurarse siempre que los hilos de conexión sigan el camino prácticamente más corto desde su salida de la bobina hasta llegar a la delga del colector (fig. 17). Si los diversos hilos han sido curvados conforme a este principio, ya no es probable que se tropiece con dificultades para la colocación de la totalidad de los hilos de conexión. Si el espacio R de un rotor fuese particularmente amplio, quedarán espacios libres entre los hilos de conexión de las diversas bobinas. Aunque estos espacios libres no puedan influir en la perfección del devanado, pueden ser suprimidos después de hechas las conexiones mediante el aumento de las medidas r (fig. 17). Por el contrario, si el espacio es normal, no se deben doblar los primeros hilos de conexión como en la figura 18. En esta forma no sería posible colocar los hilos uno al lado de otro en el espacio R. En todo caso existe el riesgo de que al colocar los últimos hilos puedan presentarse dificultades, lo que hace problemática la ordenación uniforme de los hilos de conexión en la cabeza del devanado. Para la perfecta ejecución de las conexiones es también de importancia que cada uno de los hilos de la capa superior sean introducidos unos tras otro en el colector, desde la izquierda hacia la derecha. Si se procede en sentido contrario, pueden producirse nuevamente dificultades a causa del espacio disponible. Máquinas de corriente alterna Las condiciones de espacio de los motores trifásicos se presentan generalmente más favorables. Ante todo el espesor del hilo, con o sin aislamiento, debe elegirse con cuidado de acuerdo con el devanado primitivo. Dentro de las ranuras se deben colocar los hilos correctamente uno al lado de otro y también yuxtapuestos, y fuera de las ranuras es indispensable colocar las espiras del hilo por capas. Ya desde las primeras capas deben apretarse los Fig. 19. — Herramienta para el aprovechamiento del espacio hilos dentro de las ranuras del devanado. UTILIZACIÓN D E LAS R A N U R A S 13 empleando unas cuñas de madera o herramientas especiales (figs. 19 y 20). Si se efectúa esto tan sólo en las últimas capas, puede rozarse el aislamiento. Antes de comenzar el trabajo de devanado es recomendable ensayar el número necesario de hilos de cada r a n u r a para poder apreciar 1 a s condiciones del espacio disponible. I O K ñ l 1 Fig. 20. — Herram i e n t a p a r a el aprovechamiento del e s p a c i o del devanado. Fig. 21. — Devanado trifásico de una capa y dos planos con bobinas prefabricadas de ancho desigual (bobinas triples) insertadas a mano una a una en las ranuras. (Foto H. Schümann, Lübeck.) Fig. 22. — Dispositivo para la confección de los devanados del estator. 14 BOBINADO D E MÁQUINAS ELÉCTRICAS Los diversos grupos reciben fuera de las ranuras una forma que debe corresponder a la curvatura de la tapa del cojinete. La figura 31 representa un estator tetrapolar para corriente triT l P O S DE E J E C U C I Ó N DE DEVANADOS T R I F Á S I C O S BIPOLARES fásica. Los grupos inferior y superior resultan demasiado Confrontación de diversos tipos de devanado de ejecución bipolar para el aprovechamiento del espacio acodados para el diámetro exterior de la armadura. Para mantener los costes de material en un nivel bajo y al mismo tiempo garantizar 5 7 y ? una refrigeración eficaz del devanado, los dievrsos grupos pueden sujetarse con dos ataduras de hilo. Desde luego, en una construcción de este tipo U Iz \W X se debe observar cuidadosaFig. 23. — Devanado de una capa en disposic ón de tres mente la distancia entre el deplanos. vanado y la tapa del cojinete (fig. 21). Como medio auxiliar para confeccionar perfectamente estos devanados se puede recomedar el dispositivo de la figura 22. Se compone de dos tacos de madera labrada con la configuración apropiada al diámetro de la carcasa y al paso de devanado, pudiendo ser fijados mediante un tornillo a Fig. 24. — Devanado de una capa con una bobina múltiple ambos lados del paquete de por fase, en total 3 bobinas. chapas. En la construcción de este medio auxiliar se debe cuidar de que los puntos marcados con una flecha coincidan con las ranuras. Con ello se consigue que el aislamiento que asoma por a o o, o, o q o o, o o„o„a O, O , 0 3 O , Q5 0 6 O , O s 0 9 U 1z O , O3 (X <v Fig. 25. —• Devanado de una capa con bobinas de igual ancho. las ranuras no se quiebre al tirar del hilo del devanado. Además se debe procurar que la curva inferior de la madera quede más baja que el fondo de la ranura, manteniendo así la distancia entre los grupos inferiores y superiores. Con una ligera UTILIZACIÓN DE LAS RANURAS Fig. 26. — Devanado de 2 capas con bobinas de igual ancho. recubrimiento de las bobinas de partida. brimiento de las bobinas de partida. Plano I Plano II Plano III Fig. 30. — Devanado de 2 capas en disposición de tres planos de bobinas múltiples de ancho desigual (aprovechamiento conveniente del espacio). UTILIZACIÓN DE LAS RANURAS 17 modificación se pueden emplear también estas plantillas de madera para confeccionar el grupo superior. En todos los casos debe cuidarse de que los arrollamientos sigan siempre el camino más corto, evitándose largas curvas y apretando bien cada espira. Como en los diversos tipos de fabricación la forma de los grupos debe ajustarse a su configuración constructiva, tanto de la carcasa como de la tapa del Fig. 31. — Devanado tetrapolar de una capa enhebrado. (Foto H. Schümann, Lübeck.) cojinete, se termina primero un grupo y luego se comprueba el ajuste de la tapa del cojinete, es decir, la distancia entre el devanado y el hierro. Este ensayo se hace necesario sobre todo en los motores de 0,5 hasta 50 CV. En máquinas mayores estas condiciones de espacio se presentan generalmente mucho más favorables. Mientras para los primeros se emplea actualmente casi en exclusiva el tipo de ranura semicerrada y los hilos deben ser introducidos por la hendidura de la ranura, los tipos últimamente mencionados tienen ranuras casi totalmente cerradas. Las espiras se introducen por tubos aislantes cerrados tal como se ve en la figura 33. Se trata de un estator trifásico de un motor de 240 CV, 5000 V, 250 r.p.m. de la Sachsenwerke Niedersedlitz. Este tipo de devanados se diferencia de los anteriormente reproducidos por haberse devanado los diferentes grupos de bobinas en dos mitades, una superior y otra inferior. Se comprende también que la disposición de los diferentes grupos puede ser la adoptada en la figura 35 sin que varíe por ello el efecto del devanado. El tipo de devanado de la figura 33 garantiza un perfecto enfriamiento ya que el aire pasa uniformemente sobre todos los elementos del devanado. 18 BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS La parte derecha de cada grupo se arrolla sin ayuda de la madera antes mencionada, mientras que para la parte izquierda se ha hecho uso de este medio auxiliar. En máquinas de alta tensión las •JiidMBMBli— diversas capas de hilos están aisladas dentro de las ranuras por tiras de prespán y también se acostumbra a aislarlas de la misma forma fuera de las ranuras. Además se forran los haces de hilos de una ranura con tela aceitada y cinta tex«wü^-'*"*' ^flCjj^^ ^•HC^^L ÍÍÉMÍL ^ " w j M i L . | pq « ^ n¡ La figura reproduce el estator de un motor para 10 000 V de la Sachsenwerke. En motores de tan grandes dimensiones los estatores están fraccionados. Los grupos finales se colocan después de haber terminado el montaje e introducido el rotor. La AEG prepara muchas veces estos grupos finales de mañera que queden situados en medio de las ranuras. Las diversas espiras se unen en un lado del estator por medio de manguitos de perfil, soldados y separados con aisla- u miento de tela aceitada. rá or ^ % S c La figura 32 reproduce un devanado para corriente trifásica muy limpiaG mente ejecutado. El estator pertenece a 00 un motor trifásico de la casa Brown Boveri & Co., Mannheim. El grupo supe.yt/) rior de bobinas se ha formado de modo íg que los haces de hilos se dirigen a la salida de las ranuras con un codo corto y paralelos a la curva del estator. El espao lé ció de aire que existe entre cada haz de nes plen Los searriostramientos asídebe perfectamente poner una atención obtenidos su cometido. especial con En los cví E bo |para las bulones tensión aislamiento posible grupos carcasa. zas, pinzas bobinado hilos, mendar hilos máquinas sujetar Las Para según tiene con ose deben nominal distanciadas las firmemente pasadores conexiones en atan, colocar un de pinzas la ypor forma aislarse alto favorecer encintado figura objeto ydespués de deben número todo yfija los del madera entre 36. de bridas obtener diversos se elde colocarse de devanado acuerdo Estas pueden de enfriamiento. conjunto los hilo abrazar de tienen revolucioun diversos dos grupos. ymismas con en recocumybuen piepor del los lo la 3 Fig. 34.— E s t a t o r trifasico de un motor para 10.000 V, de la firma Sachsenwerke. 20 BOBINADO D E MÁQUINAS ELÉCTRICAS Fig. 35. — Rebobinado de un motor trifásico SSB, 250 k W , 146 revoluciones, 2.000 voltios. (Foto Hermann Wunderlich, Weidenau.) objeto compensar las cargas mecánicas impuestas a los diversos conductores y cuya magnitud depende de la corriente operante en la máquina y de otros factores. La figura 37 ilustra el turboestator de la firma Poege, Chemnitz. Los diversos grupos sobresalen mucho porque la máquina es de construcción bipolar (3000 r.p.m., Fig. 36.— Separador de madera dura. Pig. 38. — Rebobinado del estator de un turbogenerador de corriente trifásica de 2.200 k W A , 10.000 V, 1.500 revoluciones. (Foto J. Siebmanns, Dresden.) 22 BOBINADO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 50 Hz). El devanado, que es recorrido por la corriente, tiene tendencia al aumento de su superficie, de modo que en caso de cortocircuito en la red pueden producirse abultamientos de los elementos del devanado que están fuera de las ranuras, abultamientos que quedan limitados por los arriostramientos mencionados. También han sido separados los haces del hilo de las diferentes ranuras por la introducción de separadores, para mejorar la refrigeración y el aislamiento. De lo dicho se desprende que el constructor pone mucha atención en la forma, ejecución práctica y fijación de los diversos grupos. Reconociendo las ventajas de la construcción, en una reparación se debe evitar que, por un trabajo descuidado, desaparezcan estas ventajas. No es sólo cuestión de elegir el número exacto de las espiras y la sección correcta del hilo, etc. Igualmente deben considerarse como condiciones importantes pequeños detalles, no esenciales al parecer, pero que proporcionan condiciones ventajosas. Por falta de espacio no podemos discutir en detalle los rasgos de las diversas fabricaciones y marcas, pero el electrotécnico encargado de hacer un rebobinado o una reparación debe investigar siempre previamente todas las características del devanado primitivo antes de proceder a su desmontaje. Jamás se debe quitar un elemento del devanado sin haber examinado previamente su forma y el modo de su ejecución. SEGUNDA PARTE HERRAMIENTAS Y DISPOSITIVOS AUXILIARES A) Zunchado La sujeción técnicamente perfecta del devanado de un rotor puede ser de importancia decisiva para la seguridad de la marcha en servicio de una máquina. Cuando se trate de zunchados con alambre de acero estañado se debe tener en cuenta la sección del alambre, la resistencia del material, la anchura y el número de zunchos, todo lo cual depende de la fuerza centrífuga que se desarrolla en la periferia del rotor en revolución. Por lo general el número de zunchos lo da la forma de construcción del rotor. La anchura de los zunchos, la sección del hilo y la resistencia del material se pueden averiguar sin mayores dificultades en el caso de máquinas normales a base de la ejecución primitiva. En casos dudosos, si faltan estos datos totalmente se recomienda elegir la sección del hilo por exceso en vez de por defecto. Naturalmente, el diámetro exterior de los zunchos no debe exceder del diámetro del rotor. Sin embargo, los rotores lisos de c. c. pueden constituir una excepción. En estos casos, generalmente, el diámetro de la armazón del inductor ofrece un punto de partida para determinar el máximo permisible de la sección del alambre de los zunchos. Debe cuidarse de que se conserve siempre el entrehierro necesario, es decir, el espacio de aire entre el rotor y el estator. En casos particularmente difíciles pueden rebajarse moderadamente los núcleos magnéticos según sea la anchura de los zunchos. No es recomendable un agrandamiento general del entrehierro, es decir, la distancia entre el rotor y los yugos o culatas de los polos, aumentando el diámetro interior de éstos mediante la rebaja en el torno, ya que con ello se rebaja el campo magnético, el número de revoluciones del rotor aumentaría y la dispersión magnética se haría igualmente mayor. Para los zunchos se deben emplear únicamente alambres de acero estañado que son ofrecidos por las fábricas acreditadas especialmente para zunchos. Estos alambres poseen todas las cualidades exigidas (solidez, etc.). En los rotores de muchas revoluciones (turbogeneradores, etc.) el devanado se sujeta en las ranuras mediante unas cuñas. Fuera de las ranuras las cabezas del devanado se introducen en tubos de bronce especial sujetados por zunchos dobles de alambre de acero. La figura 39 representa un dispositivo que se puede emplear ventajosamente para el montaje de los zunchos. Antes de comenzar la operación de zunchado se aprietan las cabezas del devanado con flejes de acero. Las tiras de cartón que se emplean entre los zunchos del devanado para su •24 BOBINADO D E MÁQUINAS ELÉCTRICAS aislamiento deben biselarse en sus extremos para que al poner una encima de otra no se exceda el espesor del aislamiento (fig. 40). Es recomendable colocar en estos puntos un pedacito de mica. Las tiras de cartón, después de haber sido preparadas en esta forma, se ponen alrededor del devanado y se sujetan con un hilo de cobre Fig. 39. — Preparación de un devanado de barras para el montaje de los zunchos por medio de cintas tensoras. (Foto Micafil, Zürich.) o hilo de atar. Para asegurar un asiento correcto de los alambres de zunchado se pueden marcar con un compás de puntas unas líneas paralelas en las tiras de cartón. Con esto se facilita una distribución uniforme de los zunchos y éstos quedarán paralelamente en los bordes exteriores de las tiras de cartón. Si se ejecuta la operación de zunchado en un torno, se puede comprobar la orientación paralela de las tiras de cartón aumentando la velocidad de giro del rotor, Fig. 40. — Tiras de prespán biseladas. y puede ser así mejorada en caso necesario. Aprovechando esta ocasión se pueden rectificar las diversas bobinas del rotor, si fuese necesario. Por lo general, se coloca el rotor sobre un caballete, según la figura 41, y en su eje se monta un torniquete o una palanca. La posición paralela de las tiras de cartón se consigue en estos casos generalmente por medición de los diversos espacios desde el plano frontal del rotor. Para su control bastán, por regla general, unos pocos giros acelerados del rotor. El alambre de los zunchos debe colocarse siempre sobre una devanadera. Si se ponen a mano las espiras de alambre, las diferentes capas de éste se enredan fácilmente, lo que perturba el curso normal del trabajo y hace perder mucho tiempo. La tensión del alambre se regula de manera conveniente fijando sobre el suelo el extremo de una cuerda fuerte que se enrolla varias veces al alambre según va saliendo de la devanadera.

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