Fundamentos de Bobinados en Máquinas de Corriente Alterna

Introducción a las Máquinas de Corriente Alterna (CA)

En las máquinas de corriente alterna es fundamental distinguir entre motores y alternadores:

• Motores: Convierten la energía eléctrica de CA que reciben en sus bornes en energía mecánica.
• Alternadores: Reciben energía mecánica y la transforman en energía eléctrica de CA.

Su movimiento es rotativo y su funcionamiento principal está basado en el campo giratorio y en los principios del electromagnetismo.

Componentes de los Bobinados de las Máquinas de CA

Los elementos clave de los bobinados son:

• Ranura: Son los espacios huecos que se encuentran a lo largo de la circunferencia del estator (o rotor) de la máquina, destinados a alojar los bobinados.
• Bobinas: Están formadas por un número determinado de espiras (vueltas de conductor) cerradas, que tienen un principio y un final definidos.
• Lado Activo: Es la parte recta de la bobina situada en el interior de la ranura, rodeada y cerrada por elementos aislantes para evitar cortocircuitos.
• Grupo de bobinas: Está formado por un conjunto de bobinas conectadas entre ellas en serie.
• Amplitud de Grupo: Es el número de ranuras que quedan entre los lados activos de la bobina más pequeña del grupo. Este concepto se utiliza principalmente para los bobinados concéntricos.
• Polos: Son núcleos de hierro (parte del circuito magnético) rodeados por bobinas. Al recorrer la corriente eléctrica por estas bobinas, se provoca un flujo magnético que define la polaridad (Norte o Sur).
• Paso Polar: Es la distancia angular o número de ranuras que hay entre los ejes de dos polos contiguos y de diferente polaridad.
• Ancho de Bobina (o Paso de Bobina): Es la anchura que tiene la bobina, calculada en número de ranuras, entre sus dos lados activos.

Sistemas de Conexión de Bobinados Concéntricos Trifásicos de CA

La conexión de los bobinados trifásicos sigue procedimientos específicos:

Formación de Grupos de Bobinas Totales

• Número de grupos por fase PAR: La distribución se realiza a lo largo del perímetro del estator, que se dividirá en dos partes iguales para alojar los grupos.
• Número de grupos por fase IMPAR: Se colocarán los grupos de forma proporcionada a lo largo de la circunferencia del estator.

Conexión de los Grupos de Bobinas de una Fase

Existen dos métodos principales para conectar los grupos de bobinas pertenecientes a la misma fase:

• Conexión por polos: Se conectan final con final y principio con principio entre grupos consecutivos. Las conexiones suelen ser de menor tamaño y hay más grupos por fase, pero cada grupo tiene un menor número de bobinas.
• Conexión por polos consecuentes: Se conectan final con principio entre grupos consecutivos. Las conexiones son de mayor tamaño y cada grupo contiene un número mayor de bobinas.

Determinación de los Principios de las Fases

Para establecer correctamente las conexiones trifásicas, se determinan los inicios de cada fase:

Composición del Cuadro de Principios de Fase

• Se construye un cuadro con tres columnas (una por cada fase: U, V, W) y tantas filas como pares de polos tenga la máquina.
• En conexión por polos, la tabla indicará tantos principios en la columna de una fase como pares de grupos tenga esa fase.
• En conexión por polos consecuentes, la tabla indicará tantos principios en la columna como grupos totales tenga esa fase.

Elección de los Principios más Adecuados

• Generalmente, se eligen los primeros principios indicados en cada columna (U, V, W) para mantener un criterio de diseño y construcción uniforme.
• No obstante, según las necesidades específicas del diseño o reparación, se podrían elegir otros principios de fase indicados en el cuadro.

Identificación de los Principios y Finales de Fase

• Los principios de las fases se denominan convencionalmente U1, V1, W1.
• Los finales correspondientes se denominan U2, V2, W2.

Realización del Esquema de un Bobinado Concéntrico

Para dibujar el esquema de un bobinado concéntrico trifásico, se siguen estos pasos:

1. Indicar las ranuras en el esquema y colocar el primer grupo de la fase U, comenzando por la ranura 1 y respetando el número de bobinas por grupo y la amplitud definida.
2. Colocar el segundo grupo de la fase U, conectándolo con el anterior según el tipo de conexión (por ejemplo, final con principio en polos consecuentes).
3. La fase V comenzará en la ranura indicada por el cuadro de principios de fase para V (normalmente desfasada 120º eléctricos respecto a U).
4. Para el segundo (y siguientes) grupo de la fase V, se tomará como principio de grupo el número de ranura indicado en la fila correspondiente de la columna V del cuadro de principios de fase.
5. De la misma manera que se colocaron los grupos U y V, se colocará la fase W, comenzando en la ranura indicada por su principio de fase (normalmente desfasada 120º eléctricos respecto a V).
6. Para terminar el esquema, se colocará el último grupo de la fase W y se realizarán todas las conexiones entre grupos y las salidas de los principios (U1, V1, W1) y finales (U2, V2, W2).

Bobinados de Motores Monofásicos con Circuito de Arranque

Los motores monofásicos requieren un sistema auxiliar para iniciar el giro. Sus bobinados pueden ser:

• Bobinado Separado: Consta de un bobinado principal (o de trabajo) que ocupa aproximadamente dos tercios del número total de ranuras del estator, y un bobinado auxiliar (o de arranque) que ocupa el tercio restante. El bobinado auxiliar suele desconectarse una vez el motor alcanza cierta velocidad.
• Bobinados Superpuestos: En este caso, se determina el número de bobinas por grupo de forma convencional (ya sea por datos obtenidos en el desmontaje o por las características nominales del motor). Los bobinados principal y auxiliar pueden compartir ranuras o estar dispuestos de forma diferente a la separación 2/3 - 1/3.