Maquinas CD

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO
DE MEXICALI
5.3 Devanados de armadura

2. MAQUINAS DE CORRIENTE DIRECTA
Las máquinas de corriente directa fueron las primeras que se construyeron.
Actualmente se utilizan como generador, puesto que se sustituye por las de corriente
alterna. Como motor tiene grandes inconvenientes: son mas caros, tienen problemas
de mantenimiento, técnicos. Éstos se utilizan en siderurgia, en tracción eléctrica de
trayectos cortos.

3. ESQUEMA DE UNA MAQUINA DE CD

4. ESTATOR Y ROTOR
El estator es la parte fija y en cuya cavidad se coloca el rotor, que como su nombre lo
indica, es la parte giratoria de la maquina. Entre el estator y rotor existe un espacio de
aire denominado entrehierro, el cual los separa y permite que la maquina gire.

5. ESCOBILLAS
Las escobillas son una de las partes fundamentales en el funcionamiento de un motor
eléctrico. Se pueden definir como el elemento que ejerce de conexión eléctrica entre la
parte fija y la giratoria dentro de un motor eléctrico.

6. COLECTOR DE DELGAS
1.- Superficie de contacto para las escobillas
2.- Talón para la conexión a las bobinas
3.- Cola de milano

7. COLECTOR DE DELGAS Y ESCOBILLAS

8. CONMUTADOR
Es el interruptor eléctrico rotativo que hay en ciertos tipos de motores eléctricos y
generadores eléctricos que periódicamente cambia la dirección de la corriente entre el
rotor y el circuito externo.

10. DEVANADO DE CAMPO
El devanado de campo en una maquina de CD esta en el estator y se excita con CD. El
devanado de campo tiene por misión crear flujo magnético en el entrehierro.

11. DEVANADO DE ARMADURA
El devanado de armadura es el corazón de la maquina de corriente continua, allí se
origina la potencia eléctrica, en el generador o se desarrolla el par, en el motor. La
corriente va y viene del devanado de armadura a través de las escobillas-contactos
móviles, es aquí, por lo tanto, que pueden producirse arcos eléctricos y chispas que
originan el funcionamiento defectuoso de la maquina. A diferencia del devanado de
excitación en derivación en el cual la corriente continua es del orden de 2 a10 % del
valor de la corriente nominal o a plena carga de la armadura es comparativamente
elevada y siempre de carácter alternado. Además, como la armadura generalmente
gira con velocidad relativamente para que el funcionamiento sea suave y sin
vibraciones.

12. EXISTEN VARIOS TIPOS
 Devanado imbricado
Devanado ondulado
Devanado abierto
Devanado pata de rana

13. DEVANADO IMBRICADO
El tipo más sencillo de construcción de devanados en las máquinas modernas es el
devanado sencillo en serie o devanado imbricado. Este devanado consiste en la conexión de
una o más vueltas de alambre con los dos extremos de cada bobina a segmentos de
conmutación adyacentes. Sí el final de la bobina está conectado al siguiente segmento al
cual está conectado su comienzo, el devanado es un devanado imbricado progresivo.
Un rasgo interesante de los devanados imbricados simples es que hay tantas trayectorias
de corriente en paralelo a través de la máquina como polos en ella. Si C es el número de
bobinas y segmentos de conmutación presentes en el rotor y P es el número de polos de la
máquina, habrá C/P bobinas en cada una de las P trayectorias de corriente paralelas a
través de la máquina. El hecho de que haya P trayectorias de corriente requiere también
que haya tantas escobillas como polos en la máquina para conectar todas esas trayectorias
de corriente.

15. DEVANADO ONDULADO
El devanado serie u ondulado es una forma alternativa para conectar las bobinas del
rotor a los segmentos de conmutación. En cada segunda bobina del rotor se conecta al
segmento de colector (ver imagen) posterior adyacente a aquel segmento en el cual se
conectó el comienzo de la primera. Entonces, hay dos bobinas en serie entre segmentos
de conmutación adyacentes. Además, puesto que cada par de bobinas en serie entre
segmentos adyacentes tiene un lado bajo cada cara polar, todos los voltajes de salida
son la suma de los efectos de cada polo, y no puede haber desequilibrios de voltaje.

17. DEVANADO PATA DE RANA
El devanado pata de rana o devanado autocompensador recibe su nombre de la forma
de sus bobinas, como se muestra en la imagen. Consiste en la combinación de un
devanado imbricado y un devanado ondulado. Es un devanado imbricado normal, los
compensadores están conectados en puntos de igual voltaje de los devanados. Los
devanados ondulados se extienden entre puntos de igual voltaje bajo caras polares
sucesivas de la misma polaridad, las cuales son los mismos sitios que unen los
compensadores. Un devanado de pata de rana o autocompensador combina un
devanado imbricado con uno ondulado, de modo que los devanados ondulados pueden
funcionar como compensadores para el devanado imbricado.

19. REACCIÓN DE ARMADURA
La reacción de armadura se presenta cuando se conecta una carga en las terminales
de la máquina, entonces fluirá corriente en sus devanados del inducido, entonces dicho
flujo de corriente producirá un campo magnético propio que distorsionará el campo
magnético principal de las piezas polares, es decir, el campo magnético original de los
polos de la máquina. Esta distorsión del flujo en una máquina, cuando se incrementa
la carga, se llama reacción de armadura. Este fenómeno causa el desplazamiento del
plano neutro. La solución más usada es empleando dipolos.

20. DEVANADOS AUXILIARES
En algunas máquinas de c.c. el inductor es de imanes permanentes, por lo que carecen
de devanado inductor. • Además de los devanados inductor e inducido, las máquinas
de corriente continua pueden poseer otros devanados: de compensación y de
conmutación, que se conectan en serie con el inducido.

21. DEVANADO DE COMPENSACIÓN
El devanado de compensación se aloja en ranuras longitudinales practicadas en las
zapatas polares (en el lado que mira al entrehierro). Su misión es anular la reacción de
inducido; es decir, el campo magnético creado por la corriente que circula por el
inducido.

22. DEVANADO DE CONMUTACIÓN
• El devanado de conmutación es el devanado de los polos auxiliares o de conmutación
que se colocan en el estator a mitad de camino entre dos polos inductores. La misión
de este devanado es mejorar la conmutación en el colector de delgas. • Si la máquina
carece de devanado de compensación se aumenta el número de espiras del devanado
de conmutación para que también sirva para compensar la reacción de inducido.

23. • Chapa magnética para formar un polo inductor de una máquina de c.c.
• En la parte inferior de la zapata se aprecian las ranuras 1 para alojar el devanado
de compensación.
• • Aunque el inductor pude fabricarse de hierro macizo, los polos a veces se
construyen apilando chapas para minimizar las pequeñas pérdidas magnéticas
cuando hay cambios de la corriente de excitación o cuando el inductor se alimenta
con una corriente rectificada que tiene rizado.
DEVANADO DE CONMUTACIÓN

24. DEVANADOS AUXILIARES
3.- Devanado de compensación
4.- Devanado de conmutación
Tanto el devanado de compensación como el de conmutación se conectan en serie con el
inducido.

25. CONSTRUCCIÓN DE LAS BOBINAS
• Las bobinas individuales de todos los devanados de armadura de corriente continua
están proyectados de modo que una vez ubicados en las ranuras del núcleo
magnético, forman dos capas de costados de bobina o conductores activos, una sobre
otra ,por este motivo se le denomina devanados de doble capa.
• Las bobinas para devanados imbricados u ondulados se forman idénticamente, la
única diferencia entre ellos es la manera en que se ubican los extremos del bobinado.

26. CONSTRUCCIÓN DE LAS BOBINAS
En bobinas imbricados, generalmente los extremos emergen a media distancia entre
los lados, de modo que puedan ser conectados fácilmente a delgas consecutivas
del colector, en las bobinas onduladas, en cambio, los extremos salen a continuación de
los lados , de modo que puedan ser fácilmente conectados a delgas del colector
separados alrededor de 360° grados eléctricos, (un polo abarca 180 grados eléctricos, 2
polos abarca 360 grados eléctricos) (° mecánicos (# P / 2) = grados eléctricos) con estos
simples diferencias de construcción, resulta claro que:

27. CONSTRUCCIÓN DE LAS BOBINAS
• 1-Un devanado imbricado tiene los extremos de bobinas conectadas a delgas
próximas entre si adyacentes en devanados imbricados simples.
• 2-Un devanado ondulatorio tiene los extremos de bobinas conectadas a delgas
separadamente ampliamente entre si, aproximadamente 360° grados
eléctricos

28. PASO DEL DEVANADO
• El paso de devanado ó paso polar, se refiere a la distancia entre los dos lados de las
bobinas individuales, medido en función de las ranuras, queda determinado
exactamente del mismo modo para todos los devanados, sean imbricados, ondulados,
simples ó múltiples, generadores, motores.
• La regla fundamental que fije el paso del devanado en cualquier maquina es: La
distancia entre los lados de una bobina debe ser igual ó casi igual a la distancia
entre dos polos adyacentes.

29. PASO DEL DEVANADO
• 1-1- En un generador, la tensión debe dirigirse hacia “atrás en un lado de una bobina en
el mismo instante en que se dirige hacia adelante en el otro lado, para que las dos
tensiones se sumen ; esto solo puede significar que si un lado de bobina esta frente a l
centro de un polo norte, el otro lado de la misma bobina debe estar próximo al centro de
un polo sur adyacente (distancia aproximada de 180 ° grados eléctricos).
• 1-2- En un motor la fuerza ejercida sobre un lado de una bobina que conduce corriente
dirigida hacia “atrás”, debe actuar exactamente en el mismo sentido que la fuerza
ejercida sobre el otro lado de bobina que conduce corriente dirigida hacia delante , esto
solamente puede ocurrir si un lado de la bobina esta frente al centro de un polo norte en
el mismo instante que el otro lado esta próximo al centro de un polo sur o sea a una
distancia cercana a 180 grados eléctricos.

30. PASO DEL DEVANADO
• La regla precedente puede resumirse en una ecuación:
• YS = S/ P ± K
De donde:
YS= Paso de la bobina en ranuras
S= Numero total de ranuras de la armadura
P= numero de polos principales
K = parte que se resta de S/P para que YS sea entero
• Ejemplo: Calcular los pasos del devanado e indicar el numero de ranuras para los
primeros elementos del devando, para devanados con las siguientes combinaciones de
ranuras y polos.
• a)S= 54,P=4 b) S=62,P=4 c) S=66,P=6 , d)S=141,P=6 e)S=132,P=8 , f) S=180
,P=10

31. PASO DEL COLECTOR
• El paso del colector se refiere a la distancia entre los extremos de un elemento
de bobina, medido en cantidad de delgas sobre el colector, su valor queda determinado
en forma Diferente para devanados imbricados y ondulados
1.-Paso del colector para devanados imbricados
Designamos el paso del colector con YC (YK ) su valor es meramente igual al grado
de multiplicidad-PLE- de un devanado imbricado. Así, YC es igual a 1, 2, 3,4 etc. Para
devanados imbricados simples, duplex, triplex y cuádruplex, etc. Respectivamente.

32. PASO DEL COLECTOR
• Estos números indican que los extremos de las bobinas están unidas a las delgas:
1y2, 1y3, 1y4, 1y5, etc. Para valores de YC iguales a 1, 2, 3,4 respectivamente.
• YC = ± m
Donde:
• YC es el paso del colector
• m = es la multiplicidad

33. PASO DEL COLECTOR
• Como se ha especificado anteriormente, los extremos de cada elemento de bobina de
un devanado ondulado son curvado hacia fuera y conectado a delgas del colector
separados aproximadamente por360 grados eléctricos. Debe interpretarse
literalmente la palabra “aproximadamente” porque es imposible un devanado
ondulado con un paso de colector exactamente igual a 360grados eléctricos.

34. PASO DEL COLECTOR
• Para comprender esta afirmación, considérese las siguientes propiedades de los devanados
ondulados simples:
• A) Comenzando en la delga uno, debe poder trazarse el devanado completo, de delga a lado
de bobina, a delga, a lado de bobina, etc. antes de que el devanado se cierre sobre si mismo.
• B) Si los extremos de los elementos de bobinas se conectan a delgas separadamente exactamente
de360 grados eléctricos, cada conjunto de P/2 elementos de bobina constituirá un circuito completo-
una entroncia- porque existen 360 grados eléctricos en cada tramo circular de P/2 polos.
• C) Por lo tanto, en las condiciones del párrafo precedente, el numero de entroncias será igual, no ya
a uno sino al cociente de delgas / pares de polos.
• D) Además, ya que todos los sistemas alternados de escobillas están separadamente exactamente
de360 grados eléctricos, y están conectados entre si, siempre corto circuitaran por lo menos
P/2elementos de bobina según sean las anchuras de las escobillas.

35. PASO DEL COLECTOR
• Para que un devanado ondulado simple tenga un grado de entroncia , el número de
delgas del colector debe elegirse en relación con el número de pares de polos,
de modo que el paso del colector resulte con un valor equivalente a un tramo circular
ligeramente mayor ó menor que 360 grados eléctricos.
• El valor YC, en efecto, debe ser tal que después de recorrer una vez el colector con el
devanado, el extremo del ultimo elemento de bobina debe encontrarse, una delga
atrás o una delga adelantada de la delga inicial, luego en estas condiciones,
sucesivas recorridos del colector harán que la delga de llegada continué retrasándose
ó adelantándose de una unidad cada vez, hasta que el devanado completo se cierre
sobre sobre la delga inicial

36. • YC= (K ± m)/(P/2)
• Donde:
• YC es el paso del colector
• K es el número de delgas
• P es el número de polos
• m es la multiplicidad