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DEVANADOS DE LAS
MÁQUINAS DE CA
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA
• Montaje Motor Eléctrico
• Proceso Devanado De Motor.
• Impregnación Barniz
• Máquina Para Hacer Devanados
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DEVANADOS IMBRICADO DE LAS
MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.1 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
Los devanados normalmente son en doble capa.
Si 𝑍 = 36, 𝑝 = 2, devanado trifásico Imbricado, 𝑚 = 3
𝑄 =𝑍
2∙𝑝=
36
2∙2= 9 𝑞 =
𝑍
2∙𝑝∙𝑚=
36
4∙3= 3 𝑄 = 𝑚 ∙ 𝑞 = 3 ∙ 3 = 9
Para un devanado de paso completo
𝑦1 = 𝜏 = 𝑄 = 9
𝑦1 = 𝜏
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Completo
, z=36, p=2, m=3
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA • EJEMPLO 3.2 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36,
p=2, m=3
Los devanados normalmente son en doble capa.
Si 𝑍 = 36, 𝑝 = 2, devanado trifásico ondulado, 𝑚 = 3
𝑄 =𝑍
2∙𝑝=
36
2∙2= 9 𝑞 =
𝑍
2∙𝑝∙𝑚=
36
4∙3= 3 𝑄 = 𝑚 ∙ 𝑞 = 3 ∙ 3 = 9
Para un devanado de paso completo
𝑦1 =7
𝑦1 = 7 < 𝑄 = 9
El paso ideal es aproximadamente:
𝑦1 =5
6∙ 𝑄 =
5
6∙ 9 = 7 ó 8
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36, p=2, m=3
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36, p=2, m=3
Para en caso de los devanado imbricados con 𝑞 = 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜 se puede formar
𝑎 = 2 ∙ 𝑝 ramas en paralelo. Para en caso 𝑎 = 2 ∙ 2 = 4 ramas en paralelo.
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36, p=2, m=3
En este caso es importante notar que todas las ramas poseen la misma magnitud y
ángulo de f.e.m. y también la misma impedancia. Esto es para garantizar que no
queden corrientes circulantes en el devanado. Máquinas Rotativas II 2013A - Ing.
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Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido, z=36, p=2, m=3
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COMPARACIÓN ESTRELLA DE FEM
De aquí es evidente que al reducir el paso, los fasores de f.e.m. de las fases se
entrelazan, o lo que es lo mismo en algunas ranuras se hallan dos fases.
Para ambos devanados las
fases están a 120°. Pero la
magnitud del distribuido es
menor. Pero de mejor
forma sinusoidal.
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Las ventajas de los devanados de 2 capas son:
DEVANADO IMBRICADO TRIFÁSICO
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Las desventajas de los devanados de 2 capas son:
DEVANADO IMBRICADO TRIFÁSICO
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.1 – Devanado Trifásico Ondulado De Paso completo
Si 𝑍 = 36, 𝑝 = 3, devanado trifásico ondulado, 𝑚 = 3
𝑄 =𝑍
2∙𝑝=
36
2∙3= 6 𝑞 =
𝑍
2∙𝑝∙𝑚=
36
6∙3= 2 𝑄 = 𝑚 ∙ 𝑞 = 3 ∙ 2 = 6
Para un devanado de paso completo
𝑦1 = 𝜏 = 𝑄 = 6
𝑦𝑟𝑒𝑠 =𝑍
𝑝=
36
3= 12
𝑦2 = 𝑦𝑟𝑒𝑠 − 𝑦1 = 12 − 6 = 6
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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𝒚𝟏 = 𝟔
𝒚𝟐 = 𝟔
𝒚𝒓𝒆𝒔 = 𝟏𝟐
Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Devanado Trifásico Ondulado De Paso Completo, z=36, p=3, m=3
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Ejercicio
Tipo de devanado?
Z=
Q=
p=
m=
𝑦1=
𝑦2=
a=
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Ejercicio
Tipo de devanado?
Z=
Q=
p=
m=
𝑦1=
𝑦2=
a=
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Ejercicio
Tipo de devanado?
Z=
Q=
p=
m=
𝑦1=
𝑦2=
a=
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Ejercicio
Tipo de devanado?
Z=
Q=
p=
m=
𝑦1=
𝑦2=
a=
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Ejercicio
Tipo de devanado?
Z=
Q=
p=
m=
𝑦1=
𝑦2=
a=
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Ejercicio
Tipo de devanado?
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Ejercicio
Tipo de devanado?
Tipo de devanado?
Z=
Q=
p=
m=
𝑦1=
𝑦2=
a=
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DEVANADOS
• Apartados 3.3, 3.4 NO
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DEVANADOS F.E.M. DE ARMÓNICOS DE RANURA: La
apertura de las ranuras desfigura la forma de la
densidad de flujo de excitación provocando la
aparición de los armónicos de ranura.
Donde :
𝐵𝑐 =𝐵𝑚
𝑘𝛿
𝑘𝛿: factor de entrehierro
Donde los armónicos de ranura son:
𝑣 = 2 ∙ 𝑄 ∙ 𝑘 ± 1
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DENDIDAD DE FLUJO EN EL TIEMPO CON MÁQUINA EN VACÍO, IEXC 240 A
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700
Esapacio _(mm)
De
nd
ida
d d
e F
lujo
(T
esla
)
0 º
30 º
60 º
90 º
120 º
150 º
180 º
DEVANADOS F.E.M. DE ARMÓNICOS DE RANURA: estos
armónicos son estáticos con respecto al estator, peor
vistos desde el rotor, ellos se desplazan a la misma
velocidad del rotor, pero en sentido contrario.
Los armónicos de ranura inducirán f.e.m. de una
frecuencia 𝑣 ∙ 𝑓1, los pasarán casi en su totalidad ya
que el factor de 𝑘𝑑𝑒𝑣 es el mismo que el fundamental.
Una medida efectiva es el achaflanamiento
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DEVANADOS F.E.M. DE ARMÓNICOS DE RANURA: se pueden achaflanar: 1) las ranuras del
rotor, que es lo más común en motores de inducción, 2) las ranuras del estator, se
hacia en el pasado, hoy en día poco visto, 3) la cara polar en máquinas sincrónicas,
realizado en la antigüedad, también poco visto hoy.
En el caso de las sincrónicas hoy en día se prefiere realizar lo mostrado en el
apartado siguiente.
El chaflan consiste en desplazar la ranura en una
distancia “c”
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c
DEVANADOS F.E.M. DE ARMÓNICOS DE RANURA:
El factor de achaflanamiento será:
𝑘𝑎𝑐ℎ𝑎 =𝑠𝑒𝑛𝑜
𝑣 ∙ 𝑐𝜏
𝜋2
𝑣 ∙ 𝑐𝜏
𝜋2
y 𝑘𝑑𝑒𝑣 = 𝑘𝑑𝑖𝑠 ∙ 𝑘𝑟𝑒𝑑 ∙ 𝑘𝑎𝑐ℎ𝑎
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.6 – Devanado Trifásico no congruentes - de “q”
fraccionario
En los devanados de q entero aparecen los armónicos de ranura
𝑣 = 2 ∙ 𝑄 ∙ 𝑘 ± 1
Esto es debido a que las fases son simétricas en todos los polos ej:
En los grandes generadores debido a que las bobinas son solidas no es
posible achaflanar y es preferible tener una “q” fraccionario.
Ahora q será:
𝑞 =𝑍
2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑚= 𝑎 +
𝑏
𝑐=
𝑎 ∙ 𝑐 + 𝑏
𝑐
Ejemplo: 𝑍 = 30 , 𝑝 = 2, 𝑚 = 3
𝑞 =30
2 ∙ 2 ∙ 3=
5
2= 2 +
1
2
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.6 – Devanado Trifásico no congruentes - de “q”
fraccionario
𝑞 =𝑍
2 ∙ 𝑝 ∙ 𝑚= 𝑎 +
𝑏
𝑐=
𝑎 ∙ 𝑐 + 𝑏
𝑐
Para “c” se prefiere 𝑐 = 2, 5 𝑜 7, a ≥ 2 y b lo más cercano al número entero.
Para que el devanado sea simétrico
𝑍
2 ∙ 𝑚= 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
Si 𝑍 = 30, 𝑝 = 4, devanado trifásico Imbricado, 𝑚 = 3
𝑄 =30
2∙𝑝=
30
2∙4=
15
4 𝑞 = 𝑎 +
𝑏
𝑐=
30
2∙4∙3=
30
8∙3=
5
4= 1 +
1
4
Para un devanado de paso completo
Se ubican los polos y la secuencia de fases
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c
c-b b
c
c-b b
DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
𝑞 = 𝑎 +𝑏
𝑐=
5
4= 1 +
1
4 𝑄 =
15
4= 3,75
El paso ideal es aproximadamente:
• 𝑦1 =5
6∙ 𝑄 =
5
6∙
15
4= 3,125 → 3 𝑜 4 𝑦1 = 3
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c c
b c-b b c-b
EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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𝑦1 = 3
EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado De Paso Reducido
En un devanado fraccionario si 𝑀𝐶𝐷 (𝑍 ; 𝑝) = 𝑡 𝑀𝐶𝐷 (30 ; 4) = 2
Entonces cada 𝑝
𝑡= 2 pares de polos se hallarán conductores que poseen la
misma f.e.m.
𝒑
𝒕= 𝟐
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El ángulo entre ranuras será
𝛼 =𝑝 ∙ 360
𝑧=
4 ∙ 360
30= 48°
El ángulo entre vectores contiguos de la estrella de f.e.m. será
𝛼´ =𝑡 ∙ 360
𝑧=
2 ∙ 360
30= 24°
Si el número de vectores de f.e.m. es impar el ángulo entre vectores se duplica
𝛼´´ =𝑡 ∙ 360
2 ∙ 𝑧=
2 ∙ 360
2 ∙ 30= 12°
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Imbricado
De Paso Reducido
Hallar la serie, Q, q
Playas Si Z=252, p=10, m=3
Nima Si Z=78, p=4, m=3
Salvajina Si Z=300, p=20, m=3
Guatape Si Z=204, p=7, m=3
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Ondulado
De Paso Reducido
DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA
EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Ondulado De Paso Reducido
Si 𝑍 = 33, 𝑝 = 5, devanado trifásico Imbricado, 𝑚 = 3
𝑄 =𝑍
2∙𝑝=
33
2∙5=
33
5 𝑞 = 𝑎 +
𝑏
𝑐=
33
2∙5∙3=
11
10= 1 +
1
10
Para un devanado de paso completo
Se ubican los polos y la secuencia de fases
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c
b c-b
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EJEMPLO 3.15 – Devanado Trifásico Ondulado De Paso Reducido
Si 𝑍 = 468, 𝑝 = 24, devanado trifásico Imbricado, 𝑚 = 3
𝑄 =𝑍
2∙𝑝=
468
2∙12=
39
2 𝑞 = 𝑎 +
𝑏
𝑐=
468
2∙12∙3=
13
4= 1 +
1
10
Para un devanado de paso completo
Se ubican los polos y la secuencia de fases
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA
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LOS MATERIALES EMPLEADOS
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Primordialmente, el devanado consta de dos
elementos: conductores y aislantes. El conductor
vendrá hacer de un tipo de alambre especial,
conocido como alambre magneto, y vendrá
recubierto de una capa de material aislante.
• La más alta conductividad posible
• El menor coeficiente posible de temperatura
por resistencia eléctrica
• Una adecuada resistencia mecánica
• Deben ser dúctiles y maleables
• Tener una adecuada resistencia a la corrosión
LOS MATERIALES EMPLEADOS
Cuña retención
Devanado
Amortiguador
Aislamiento
Amortiguador
Conductor
Aislamiento
entre Espiras
Ranuras
Refrigeración
Aislamiento a
Tierra
Diente
Aislamiento
Amortiguador
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LOS MATERIALES EMPLEADOS
Corte transversal Devanados de
Dos capas Múltiples conductores
elementales- Dos espiras.
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA
LOS MATERIALES EMPLEADOS
Corte transversal Devanados de
una capas Múltiples conductores
elementales- una espira.
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DEVANADOS DE LAS MÁQUINAS DE CA
LOS MATERIALES EMPLEADOS
Corte transversal Devanados de
una capa Múltiples conductores
elementales- una sola espira.
Corte transversal Devanados de
una capa Múltiples conductores
elementales- Varias espiras.
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Los materiales empleados como conductores, deben ser de alta conductividad, ya
que con ellos se fabrican las bobinas, los requisitos fundamentales que deben de
cumplir los materiales conductores son los siguientes:
• Cobre: El cobre es probablemente el material mas ampliamente usado como
conductor, ya que combina dos propiedades importantes que son: alta
conductividad con excelentes condiciones mecánicas y además tiene una
relativa inmunidad a la oxidación y corrosión bajo ciertas condiciones de
operación, es altamente maleable y dúctil. Ver tabla de características de los
conductores de cobre y aluminio
•
• Aluminio: El aluminio esta ganando cada vez mas terreno en el campo de la
aplicación para un gran número de aplicaciones a la ingeniería, otra razón es la
gran demanda de conductores que no se puede satisfacer solo con conductores
de cobre y asociado a esto se tiene el problema de los costos. El aluminio puro
es más 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 para transformadores. Véase tabla de
características de los conductores de cobre y aluminio
LOS MATERIALES EMPLEADOS
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Aislantes
Para los motores es primordial e insustituible el uso de aislantes, puesto que por
sus propiedades se sabe que no son conductores de la electricidad, por lo que es
de suma importancia su aplicación, ya que en algunas partes es necesario que
solo tenga contacto magnético y no eléctrico, entre los mismos devanados, es
decir, cada espira debe estar aislada eléctricamente de las otras.
Los aislantes según sus propiedades y las temperaturas máximas que resisten se
clasifican de la siguiente manera:
NEMA Clase A: (105 º C límite de temperatura comprendido a 40 ºC ambiente
o 65 º C rise) Comprende materiales fibrosos, a base de celulosa o seda
saturados con líquidos aislantes y otros materiales como: algodón, seda y papel
convenientemente impregnado, revestido o inmerso en liquido dieléctrico tal
como aceite. Otros materiales o combinación de materiales se pueden incluir
dentro de esta clase, por experiencia o de pruebas de aceptación, mostrando que
pueda operar a 105 ºC.
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Aislantes
NEMA Clase B: (130 º C límite de temperatura comprendido a 40 ºC ambiente o
90 º C rise) Comprende materiales como: mica, fibra de vidrio, poliéster y
poliamídicos aglutinados con materiales orgánicos o saturados como el asbesto,
etc.,. Otros materiales o combinación de materiales no necesariamente
inorganicos, se pueden incluir dentro de esta clase, por experiencia o de pruebas
de aceptación, mostrando que pueda operar a 130 ºC.
NEMA Clase F: (155 º C límite de temperatura comprendido a 40 ºC ambiente o
115 º C rise) Comprende materiales a base de mica, amianto y fibra de vidrio
aglutinados con materiales sintéticos, por lo general con siliconas, poliésteres o
epóxidos, etc.,. Otros materiales o combinación de materiales no necesariamente
inorgánicos, se pueden incluir dentro de esta clase, por experiencia o de pruebas
de aceptación, mostrando que pueda operar a 155 ºC.
NEMA Clase H: (180 º C límite de temperatura comprendido a 40 ºC ambiente o
140 º C rise) Comprende materiales a base de mica, asbestos o fibra de vidrio
aglutinados con siliconas de alta estabilidad térmica elástica natural o sintética,
etc., con sustancias aglomerante adecuadas tal como resinas siliconadas. Otros
materiales o combinación de materiales no necesariamente inorgánicos, se
pueden incluir dentro de esta clase, por experiencia o de pruebas de aceptación,
mostrando que pueda operar a 155 ºC.
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BARNICES
Son soluciones de resinas naturales o sintéticas (con o sin aceite), con adecuados
solventes, que aplicados sobre una superficie forman una película aislante uniforme.
Se trata de materiales que se encuentran al estado líquido o plástico solamente
antes de su empleo y son aplicados tanto a los aislantes sólidos elementales y sus
conductores, como así también al conjunto de un arrollamiento, para mejorar las
características dieléctricas, mecánicas y térmicas.
La aplicación de los barnices tiene por finalidad conferir a los aislantes que
conforman un determinado aislamiento, o bien a los distintos devanados, las
siguientes características:
• sustituir el aire que se encuentra en los intersticios del aislamiento
• aumentar la rigidez dieléctrica y reducir la higroscopicidad,
• mejorar la calidad mecánica (vibraciones, esfuerzos electrodinámicos) y la
resistencia a la acción de los agentes externos (ambientes corrosivos etc.),
• aumentar la resistencia al calor y la conductibilidad térmica del conjunto,
• prolongar la duración de la vida de los arrollamientos.
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BARNICES
Para lograr estas condiciones es necesario que los barnices posean las siguientes
cualidades:
• ser buenos aislantes
• formar películas homogéneas impermeables y resistentes a los agentes
externos,
• poseer un buen poder penetrante y cementante
• soportar por largo tiempo la temperatura de funcionamiento de las
máquinas o de los aparatos sin apreciable degradamiento de sus cualidades
• poseer una buena conductibilidad térmica y ser de fácil aplicación.