Mike Howell, PE
Especialista de Soporte Técnico de EASA
Este artículo será útil para quienes trabajen con bobinados que cumplan con los siguientes criterios: 1. Imbricado (lap) de dos capas trifásico 2. Con vueltas desiguales (impares) 3. Con grupos enteros (mismo número de bobinas por grupo)
El propósito de este artículo es brindar consejos para trabajar con bobinados imbricados de dos capas con vueltas desiguales (impares), con énfasis en cómo secuenciar las bobinas dentro del grupo para obtener un llenado óptimo de las ranuras. Para estos bobinados, el número total de vueltas en al menos algunas de las ranuras es un entero impar mayor que 1, es decir, 3, 5, 7, 9…n. Esto significa que los lados superior e inferior de la bobina en esas ranuras tienen un número vueltas diferente.
Hemos limitado aún más el alcance de este artículo a los devanados con ranuras enteras, lo que significa que todos los grupos tienen el mismo número de bobinas. Es decir, el número de ranuras por polo y por fase debe ser un entero mayor que 1, p. ej., 2, 3, 4, 5… n. Por lo tanto, el número de bobinas será igual al número de ranuras, el número de grupos de bobinas será igual al número de polos multiplicado por el número de fases, y el número de bobinas por grupo o ranuras por polo y fase (SPP) será un entero calculado por:
SPP = Q / (M·P)
donde
SPP son las ranuras por polo y fase
Q son las ranuras del estator
P es el número de polos
M el número de fases
También vale la pena definir aquí los términos "dientes abarcados" y "paso de bobina", pues se utilizarán en este artículo, ya que los términos y las definiciones pueden variar. Aquí expresaremos el paso de bobina en el formato de 1 a X, donde X representa el número de ranura en la que caería el lado de la bobina superior si el lado de la bobina inferior se insertara en la ranura 1. El número de dientes abarcados es entonces X – 1. Esto representa el número de dientes del estator que se pueden contar entre los dos lados de la bobina. Estos términos se demuestran gráficamente en la Figura 1, donde hay un devanado concéntrico a la izquierda y un devanado imbricado (lap) a la derecha. Tenga en cuenta que los dos devanados que se muestran ocupan las mismas ranuras.
Limitaremos este artículo a bobinados en los que la mitad de las bobinas tienen como máximo una vuelta por bobina menos que las bobinas restantes, y queremos colocarlas en el estator para aprovechar al máximo el espacio de las ranuras. Un ejemplo de esto es un devanado de 72 ranuras y 4 polos con 12 grupos de 6 bobinas y un paso de 1 a 16 (15 dientes expandidos). Si cada grupo tiene 33 vueltas en total, el grupo requiere 3 bobinas de 5 vueltas y 3 bobinas de 6 vueltas. La secuencia de una vuelta para instalar cada grupo de 6 bobinas, lo que da como resultado 11 vueltas por ranura, es 5,6,5,6,5,6. Si el mismo devanado tuviera un paso de 1 a 15 (14 dientes abarcados), las cosas serían más complicadas. Si se usa una secuencia de vueltas de 5,6,5,6,5,6, algunas ranuras tendrán 10 vueltas y otras tendrán 12. Para obtener 11 vueltas por ranura, se podría usar una secuencia poco amigable de 6,5,5,6,6,5 / 5,6,6,5,5,6.
Este es el tipo de escenario al que se enfrentan los bobinadores, y la solución no siempre es fácil. A veces, podemos aumentar el número de circuitos en paralelo por fase para eliminar el problema de las vueltas desiguales y otras veces, podemos utilizar un paso diferente sin cambios significativos en el rendimiento. Sin embargo, con algunas conversiones de concéntricos a imbricados y ciertos bobinados imbricados de algunos fabricantes originales, nos encontramos con vueltas desiguales y un paso que requiere una secuencia especial para un llenado óptimo de las ranuras. Ejemplos de esto son los bobinados de generadores, donde el paso no se debe modificar, y de relativa gran potencia/baja tensión que ya tienen el máximo número de circuitos en paralelo por fase y muy pocas vueltas.
Es por esto que se ha añadido una calculadora
“Turn Sequence” a la página web de EASA (
easa.com/resources/calculators) para ayudar a determinar una secuencia que permita distribuir las vueltas totales dentro de un grupo de bobinas para lograr un llenado de ranuras razonable. El uso de la calculadora debería ser sencillo para la mayoría, pero la entrada
“Turns per group” puede parecer inusual: simplemente sume las vueltas de cada bobina del grupo. A continuación, en la Figura 2, hay un par de ejemplos de uso de la calculadora y, para fines de demostración, se utilizan bobinas con 5 o 6 vueltas. Tenga en cuenta que esta calculadora no es una herramienta para modificar los diseños de bobinado, solo una herramienta para ver cómo se pueden instalar las bobinas una vez que se establece un diseño. Por ejemplo, las dos instancias que se muestran en la Figura 2 no serían bobinados equivalentes para la misma máquina.
Los devanados de bobinas formadas
(solera) presentan un desafío adicional. Cuando las bobinas formadas se fabrican con un número diferente de vueltas pero con los mismos tamaños de alambre, las bobinas tendrán una altura diferente. Dependiendo del espacio disponible para los espaciadores verticales, esto puede causar problemas significativos con el cruce en las cabezas de la bobina. Los fabricantes generalmente han tratado esto de una de dos maneras. Primero, fabrican las bobinas con los mismos tamaños de alambre y modifican los espaciadores inferiores y centrales para facilitar el espacio libre adecuado entre bobinas. Pero este enfoque requiere un espacio significativo para los espaciadores
(rellenos). El segundo enfoque y más común es usar diferentes tamaños de alambre en las bobinas de modo que las bobinas con menos vueltas tengan casi la misma altura que las bobinas con más vueltas. Por ejemplo, un diseño de bobina para un estator de 4000 V con bobinas de 9 y 10 vueltas podría fabricarse con un alambre de 2,3 mm de grueso (0,091 pulgadas) para la bobina de 10 vueltas y de 2,6 mm (0,102 pulgadas) para la de 9 vueltas. Suponiendo un alambre esmaltado de película gruesa (heavy film), las dos bobinas estarían a una distancia del 1 % entre sí en altura nominal. (Véase la
Figura 3). Una pregunta frecuente que surge en este escenario está relacionada con la densidad de corriente: sí, la bobina con el alambre más pequeño tendrá una mayor densidad de corriente y, por lo tanto, un mayor aumento de temperatura que la otra bobina. Los fabricantes lo tienen en cuenta en la fase de diseño.
Los devanados con vueltas desiguales pueden ser un reto, pero cualquier bobinador puede tener éxito, siempre que se realice una evaluación y planificación adecuadas con antelación y para obtener ayuda con estos no dude en ponerse en contacto con el soporte técnico de EASA. Como se mencionó anteriormente, puede haber un rediseño razonable que podría eliminar la configuración de vueltas desiguales o con el que se pueda modificar paso para simplificar la secuencia de vueltas requerida.
DISPONIBLE EN INGLÉS
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