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BOBINADOS

CICLO GRADO

MEDIO

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INDICE

CONCEPTOS GENERALES:

1 - Generacin de F.E.M. .. 4 2 - Bobinas 4 3 - Conceptos de paso polar y paso de ranura. .. 4 4 - Bobinados de una y de dos capas por ranura 5 5 - Bobinados abiertos. .. 5 6 - Velocidad elctrica. Frecuencia de una F.E.M. alterna 5

BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA

1.- Condiciones de los bobinados de C.A. 6 2.- Conexin de los conductores de una bobina.

Tipos de bobinados.. 6 3.- Bobinados por polos y por polos consecuentes . 7 4.- Conexin de los grupos de una fase. .. 7 5.- Nmero de ranuras por polo y fase. .. 8 6.- Nmero de bobinas por grupo 8 7.- Extremos de las fases y distancia entre fases. . 8 8.- Determinacin de los principios de un devanado trifsico. 9 9.- Verificacin de las conexiones de las fases 9

BOBINADOS CONCENTRICOS

1.- Caractersticas de los bobinados concntricos 10 2.- Posibilidad de ejecucin de un bobinado concntrico 11

2 - 1.- En los bobinados por polos. . 11 2 - 2.- En los bobinados por polos consecuentes. 11

3.- Nmero de bobinas por grupo. . 11 4.- Amplitud de grupo. 12 5.- Proceso de clculo de un bobinado concntrico polifsico. .. 12 6.- Indicaciones para el trazado. . 12 7.- Bobinados concntricos monofsicos. .. 13 8.- Ejemplos de bobinados concntricos. 14 - 18

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BOBINADOS EXCNTRICOS

1.- Generalidades.

2.- Bobinados enteros y fraccionarios.

3.- Bobinados enteros

3 - 1.- Bobinados imbricados de una capa

3 - 1 -a.- Fundamento de estos bobinados

3 - 1 -b.- Proceso de clculo de estos bobinados

Ejemplos de este tipo de bobinados

3 - 2.- Bobinados imbricados de dos capas

3 - 2 -a.- Fundamento de estos bobinados

3 - 2 -b.- Proceso de clculo de estos bobinados.

Ejemplos de este tipo de bobinados

4.- Bobinados imbricados fraccionarios.... .

4 - 1.- Bobinados fraccionarios simtricos

4 - 2.- Condicin de simetra.

4 - 3.- Distribucin de las bobinas en las grupos

4 - 4.- Proceso de clculo de un bobinado fraccionario simtrico

Ejemplos de este tipo de bobinados

BOBINADOS ONDULADOS DE CORRIENTE ALTERNA:

1.- Generalidades..

2.- Construccin de estos bobinados

3.- Posibilidad de ejecucin.

4.- Paso resultante, Paso de conexin.

5.- Proceso de clculo de un bobinado ondulado

6.- Paso resultante. Paso de conexin.

Ejemplos de este tipo de bobinados

BOBINADOS MONOFASICOS

1.- Introduccin.

2.- Bobinados separados.

3.- Bobinados superpuestos.

Ejemplos de este tipo de bobinados.

BOBINADOS PARA MOTORES DE DOS VELOCIDADES

l.- Introduccin.

2.- Bobinado nico (conexin Dahlander)

2 - 1.- Ejecucin de estos bobinados.

2 - 2.- Conmutacin del nmero de polos

2 - 9.- Principios de las fases.

2 - 4.- Conexin de las fases.

2 - 4 -1.- Conexin estrella-doble estrella.

2 - 4 -2.- Conexin tringulo-doble estrella.

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RELACIN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS.

Yp Paso polar.

Yk Paso de ranura o ancho de bobina.

Y Paso resultante (bobinados ondulados)

Yc Paso de conexin (bobinados ondulados)

Y90 Paso de principios de fase (bobinados bifsicos)

Y120 Paso de principios de fase (bobinados trifsicos)

Mc Paso de cuadro (bobinados fraccionarios)

m Amplitud (bobinados concntricos)

PP Bobinado por polos

PPC Bobinado por polos consecuentes.

2p Nmero de polos.

P Pares de polos.

Q Nmero de fases,

K Nmero de ranuras.

B Nmero de bobinas.

Gf Nmero de grupos por fase.

G Nmero de grupos totales.

U Nmero de bobinas por grupo.

F Frecuencia.

Kpq Nmero de ranuras por polo y fase.

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CONCEPTOS GENERALES:

1.- Generacin de la F.E.M.

a/ En un conductor; Es necesario que dicho conductor se encuentre en el interior de un

campo magntico y que exista un movimiento relativo entre ambos (puede ser el conductor el que

se mueva mientras que el campo permanece fijo, o viceversa)

El valor de esta F.E.M. inducida en el conductor es:

e = B.l.v

y su polaridad se determina mediante la aplicacin de la regla de la mano derecha.

b/ En una espira; La espira est constituida por dos conductores, en los que se inducen

f,e.m,s. que han de sumarse, para lo cual es necesario que dichos conductores, que reciben el

nombre de ACTIVOS, se encuentren bajo polos de nombre contrario.

La parte de conductor que los une, recibe el nombre de cabeza de espira

2.- Bobinas:

Son los conjuntos compactos de espiras que unidos entre si constituyen el bobinado

inducido de una mquina.

El valor de la F.E.M. que se induce en una bobina tiene las siguiente expresin

eB = 2.N.B.l.v

3.-Conceptos de paso polar y paso de ranura:

a/ Paso polar; Es la distancia que existe entre los ejes de dos polos consecutivos expresada

en n de ranuras. Su valor corresponde a la siguiente expresin:

b/ Ancho de bobina o paso de ranura. Para que en una bobina se sumen las f.e.m.s,

inducidas en la totalidad de los conductores, es preciso que en todo instante los dos lados activos

de cada espira de esa bobina se encuentren situados simultneamente bajo polos de nombre

contrario. Para ello es necesario que el ancho de bobina, es decir el n de ranuras que hay que

saltar para ir de un lado activo de la bobina al otro, sea aproximadamente igual al paso polar. Por lo

tanto tendremos:

YK

pp

2

Y YK p

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c) Paso diametral, acortado y alargado. El paso de ranura se llama diametral cuando coincide con el paso polar es decir:

Yk = Yp

Se llama paso acortado cuando YK Yp , bien porque Yp no es entero o por razones constructivas o de funcionamiento. Paso alargado es cuando Yk Yp

4.-Bobinados de una y de dos capas por ranura:

Los bobinados de le mquinas elctricas, van alojados en huecos practicados sobre la

periferia interior del estator, si es este el que soporta dicho bobinado o bien sobre la periferia

exterior del rotor en el caso de tener que alojarlo en esta parte de la mquina. En cualquier caso

estos huecos reciben el nombre de ranuras y se distribuyen uniformemente a lo largo de la periferia

del rotor o del estator.

Segn el n de lados activos de bobinas distintas que encontremos alojados en cada ranura,

podemos clasificar los bobinados en:

1.- Bobinados de una capa: Son aquellos en los que solo existe un haz activo por ranura. En

este tipo de bobinados cada bobina ocupar dos ranuras.

B = K/2

2.- Bobinados de dos capas: En este tipo, de bobinados tendremos dos haces activos por

ranura. La capa que est al fondo de la ranura se llama inferior o interior y la que se encuentra junto

al entrehierro se llama superior o exterior.

Cada bobina tiene un lado en la capa inferior y otro en la superior. En este caso el n de

bobinas ser

B = K

5.- Bobinados Abiertos:

Las mquinas de corriente alterna tienen bobinados abiertos, pues cada una de sus fases

presenta dos extremos libres, principio y final, que se llevan a la placa de bornas o al colector de

anillos.

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6.- Velocidad elctrica. Frecuencia de una F.E M, alterna.

Para generar una f.e.m. alterna debemos hacer girar un conductor en el seno de un campo

magntico uniforme y fijo.

De esta forma obtendremos una seal completa cada vez que demos una vuelta, por lo tanto

la frecuencia de la seal, ser el n de vueltas que demos por segundo.

Es decir: f = n/60 n en r.p.m.

Si colocamos dos pares de polos en lugar del nico que tenemos hasta ahora la frecuencia de

la seal ser el doble (manteniendo la misma velocidad) pues en ceda vuelta avanzaremos dos

ciclos elctricos completos.

De forma general tendremos:

f = p. n/60

BOBINADOS DE CORRIENTE ALTERNA.

1.-Condiciones de los bobinados de corriente alterna:

Todas las fases debern tener el mismo n de espiras por fase.

En los bobinados con circuitos paralelos todas las ramas deben tener igual resistencia y

producir f.e.m.s. iguales.

Las fases deben estar defasadas el ngulo caracterstico del sistema al que correspondan.

2.-Conexin de los conductores activos de una bobina. Tipos de bobinados

Sean los conductores activos A B C D E F

que se encuentran bajo dos polos de nombre

contrario y son consecutivos, nos

encontramos que los podemos conectar de

dos formas distintas manteniendo igual f.e,m.

resultante entre principio y final de cada

grupo.

Como vemos podemos conseguir el

mismo resultado con dos formas

constructivas diferentes.

Esto permite dividir los bobinados en

dos grandes grupos:

Bobinados Concntricos; Son

aquellos bobinados en los lados activos de

una misma fase situados frente a polos

consecutivos, son unidos por cabezas

concntricas formando as verdaderos grupos

de bobinas

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Bobinados Excntricos: Son aquellos en los cuales los lados activos de una misma fase

situados frente a polos consecutivos irn unidos mediante un solo tipo de cabezas de forma que el

bobinado est constituido por un determinado n de bobinas iguales.

3.-Bobinados por polos y por polos consecuentes:

El conjunto de bobinas que unen los lados activos de una misma fase, situados enfrente a

polos consecutivos recibe el nombre de grupo.

Segn el n de grupos que conforman cada fase de los bobinados de C.A. se clasifican en:

Bobinados por polos: Son equellos bobinados en los que en cada fase hay tantos grupos

como n de polos, por lo tanto:

Gf = 2p G = 2pq

Las f.e.m. generadas son alternativamente de sentido contrario, de manera que

si en un grupo el sentido es horario, en el siguiente ser antihorario.

Bobinados por polos consecuentes; Un bobinado se dice ejecutado por

polos consecuentes cuando el n de grupos que lo componen es igual al n de pares de polos.

Por tanto tendremos: Gf = p G = pq

La caracterstica constructiva de estos bobinados es que todos los

lados activos de una misma fase colocados bajo un mismo polo, son unidos

a los lados activos de esa misma fase situados frente a un slo polo vecino

al primero, sea el anterior o el posterior.

Esto da lugar a que todos los lados activos de los grupos de una

misma fase, generen f.e.m.s, con el mismo sentido instantneo, bien sea

horario o antihorario.

4.- Conexin de los grupos de una fase:

De acuerdo con lo anteriormente expuesto, existen dos reglas para la correcta conexin de

los grupos de una fase.

En los bobinados por polos: Se unir el final del primer grupo con el final del segundo

grupo, el principio de este con el principio del tercero, el final del tercero con el final del cuarto,

etc.

Esto es que se une final con final y principio con principio

En los bobinados por polos consecuentes: Se unir el final del primer grupo con el

principio del segundo; el final de este con el principio del tercero, el final del tercero con el

principio del cuarto, etc. Es decir: Se une final con principio.

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5.- Nmero de ranuras por polo y fase

El nmero de ranuras que bajo cada polo corresponde a cada fase la obtenemos dividiendo

el n total de ranuras entre el n de polos. Es decir:

Kpq = K/2pq

Para que este n sea entero, para cada valor de p y q el n de ranuras totales K habr de tener un valor determinado por la expresin anterior.

6.- Nmero de bobinas por grupo

El n de bobinas totales, segn hemos visto viene determinado por el n de capas del

bobinado.

Si el bobinado es de una capa tendremos que B = K/2

Si el bobinado es de dos capas tendremos que B = K

Conocidos el n" total de bobinas "B" y el n total de grupos G (PP = 2pq y PPC = pq), el n de bobinas por grupo vendr determinado por:

U = B/G

7.- Extremos de las fases y distancias entre los principios de fases:

En los bobinados de C,A, cada fase presenta dos extremos libres, principios y final. Para

denominarlos se utiliza la siguiente nomenclatura:

1 fase U X

2 fase V Y

3 fase W Z

Para que las fases que forman el bobinado generen f.e.m. defasadas en el ngulo

caracterstico del sistema, es necesario que los principios de las fases estn alojados en ranuras

separadas un ngulo que corresponda al sistema.

A una vuelta del inducido corresponden tantos ciclos elctricos como pares de polos tiene la

mquina y como cada ciclo representa 360 elctricos, resulta que:

1 vuelta del inducido = p. 360 elctricos

A una vuelta del inducido le corresponden las "K" ranuras de la armadura, luego 360

elctricos abarcarn un n da ranuras igual a:

360 = K/p

Si el sistema es trifsico, los principios de las fases deben estar situados sobre ranuras

defasadas 120 elctricos, luego la distancia entre los mismos expresada en ranuras ser de:

Y120 = K/3p

Si el sistema fuese bifsico tendramos:

Y90 = K/4p

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8.- Determinacin de los principios en un devanado trifsico

En un devanado trifsico, pueden ser tomados como principio de una fase

determinada todas las ranuras separadas un ngulo correspondiente a un ciclo completo. En una

mquina multipolar, existen varias ranuras en tales condiciones. Para determinarlas, se prepara un

cuadro con tres columnas una para cada fase, y con tantas lneas como pares de polos tenga la

mquina. Conociendo el paso de principios de fase (Y120), comenzaremos colocando un 1 en el

cuadro superior izquierdo, para posteriormente en sentido de le escritura, ir situando los nmeros

que se obtienen al ir aadiendo sucesivamente el paso de principios.

As obtendremos en cada columna los nmeros de las ranuras que pueden ser los principios

de fase, eligiendo de entre ellos los mas interesantes, con la precaucin de que cada uno de ellos

pertenezca a una columna distinta.

Si el bobinado es estatrico, conviene elegir la construccin que exija cables de salida a la

placa de bornas lo mas cortos posibles. Si el bobinado es rotrico conviene elegir la construccin de

principios equidistantes geomtricamente con el fin de equilibrarlo dinmicamente.

K/3P

K/P

9.- Verificacin de las conexiones de las fases.

Sobre el esquema podemos comprobar si la conexin entre las bobinas de las distintas fases

es o no correcta sin mas que verificar que se forma el n de polos correctos de la mquina al hacer

circular imaginariamente las corrientes por los devanados, teniendo en cuenta el sentido de

recorrido de acuerdo con la polaridad de cada fase en el instante elegido.

Para la comprobacin de los bobinados trifsicos, tendremos en cuenta que una fase tiene

siempre polaridad contraria a otras dos, por lo que al hacer circular las corrientes por las tres fases

del bobinado deberemos dar sentidos positivos en dos de ellas y negativo en la otra.

U V W

1

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BOBINADOS CONCENTRICOS

Tal como ya fue definido, un bobinado es concntrico cuando los lados activos de una

misma fase situados frente a polos consecutivos, son unidos mediante conexiones o cabezas

concntricas.

Los bobinados concntricos pueden ser construidos por polos o por polos consecuentes.

Tomemos un ejemplo de una mquina de cuatro polos en la que el n de ranuras por polo y

fase es cuatro.

Si lo ejecutsemos por polos, el bobinado seria como sigue:

Y si fuese por polos consecuentes:

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1.- Caractersticas de los bobinados concntricos

Bobinados concntricos monofsicos; Se ejecutan siempre por polos

Bobinados concntricos trifsicos; Se ejecuten por polos consecuentes salvo en aquellos

casos. en los que el n de polos es 2

Bobinados concntricos trifsicos con n impar de pares de polos; En estos casos es

necesario colocar un grupo mixto, cuyas dos mitades pertenecen a distinto plano de cabezas de

bobina, es decir que medio grupo tiene sus cabezas en el lado exterior y el otro medio en el interior.

Para la buena marcha en la ejecucin de estos bobinados, se preparan primero los grupos

interiores, luego el grupo mixto y despus los exteriores

2.- Posibilidad de ejecucin de un bobinado concntrico

En primer lugar determinaremos el n de ranuras por polo y fase del bobinado, es decir el

Kpq

Dependiendo del valor calculado y del tipo de bobinado a realizar, se nos pueden plantear

los siguientes casos:

En los bobinados por polos: El Kpq debe ser forzosamente entero. Si es par, todos los

grupos tendrn el mismo n de bobinas, si es impar, es necesario recurrir a una de las siguientes

soluciones:

Preparar dos grupos iguales, pero con la bobina exterior formada por un n de espiras

mitad que las restantes y colocarlos de forma seguida y con las dos medias bobinas

alojadas en una nica ranura.

Ejemplo; La ranura "B" est compartida por las dos

medias bobinas exteriores de dos grupos vecinos de la misma

fase.

Preparar grupos desiguales, de manera que la mitad de los grupos tenga una bobina

mas que los restantes y colocar alternativamente grupos con distinto n de bobinas.

Ejemplo: El primer grupo est formado por las bobinas

A y B, sin embargo el siguiente grupo est formado slo por C

En los bobinados por polos consecuentes; Es conveniente que el Kpq sea entero, par o

impar, ya que en cualquiera de los casos puede ser ejecutado con grupos iguales formados por un n

entero de bobinas.

Sin embargo en algunos casos se presentan bobinados poco corrientes, cuyo n de ranuras

por polo y fase tiene un valor entero mas media unidad, en estos casos, puede adoptarse la solucin

"a" del apartado anterior.

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3.- Nmero de bobinas por grupo

Salvo en las excepciones sealadas en el apartado anterior, los bobinados concntricos son

siempre ejecutados en una sola capa, por lo tanto tendremos que:

B = K/2 de donde U = B/G = K/2G

Cuando el bobinado sea por polos tendremos:

G = 2Pq por lo tanto U = K/4pq

Cuando el bobinado sea por polos consecuentes tendremos:

G = pq por lo tanto U = K/2pq

4.- Amplitud de grupo

Se entiende como amplitud de grupo el n de ranuras libres que quedan en el interior de un

grupo.

Sabemos que en un paso polar debe haber Kpq ranuras por cada una de las fases.

Si empezamos a contar el paso polar desde el comienzo del primer grupo, recorremos en

primer lugar la Kpq ranuras correspondientes a este grupo, a continuacin y en su interior, podemos

alojar las Kpq ranuras de las fases restantes, completando asi el paso polar.

Segn hemos dicho en el interior del grupo tendremos un n de ranuras que ser igual a la

amplitud y cuyo valor vendr determinado por:

m = (q-1) Kpq

5.- Proceso de clculo de un bobinado concntrico polifsico

Los datos necesarios para le ejecucin del bobinado sern:

- N de polos.

- N de fases.

- N de ranuras.

El proceso a seguir en el clculo ser el siguiente:

1 De acuerdo con el n de fases y el n de polos se determinar el tipo de bobinado.

2 Calculamos el Kpq y vemos si es posible su ejecucin.

3 Calculamos el n total de grupos, recordando que si este n fuese impar y el bobinado se

ejecutase por polos consecuentes, ser necesario la colocacin de un grupo mixto.

4 Calculamos el n de bobinas que componen cada grupo.

5 Determinaremos la amplitud de grupo,

6 Calculamos el cuadro de principios de fases y elegimos los mas convenientes.

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6.- Indicaciones para el trazado

l.- Para distinguir las distintas lneas se utilizarn colores o diferentes trazos.

2.- Deben colocarse para cada fase tantos lados activos como ranuras por polo y fase

hasta completar la armadura. Si alguna de las ranuras ha de estar ocupada por dos lados

activos de medias bobinas pertenecientes a distintas fases, se tendr en cuenta como

excepcin de lo anterior.

3.- En los bobinados por polos los lados activos de grupos consecutivos

pertenecientes e una misma fase, se encuentran colocados dentro de ranuras vecinas. Si el

bobinado es por polos consecuentes, los lados activos de dos grupos consecutivos de la

misma fase, se encuentran separados una distancia igual a la amplitud.

4.- En los bobinados por polos todos los grupos de la misma fase, tienen colocadas

sus cabezas en el mismo plano, mientras que en los bobinados por polos consecuentes, esto

no ocurre, y se nos pueden plantear dos casos:

Si el n de pares de polos es par, los grupos de una fase tienen colocadas sus cabezas

en ambos planos alternativamente.

Si p es impar es necesario disponer de un grupo mixto, razn por lo cual no es

uniforme la distribucin de las cabezas de las bobinas.

En este caso se dibuja primero la fase que contiene el grupo mixto colocando

primero un grupo con sus cabezas en el plano interior, luego el grupo exterior y despus un

tercero cuyas cabezas pertenezcan ambos planos.

5.- Se procede a la conexin de los grupos, teniendo en cuenta que si el bobinado es

por polos se unirn final con final y principio con principio y si el bobinado es por polos

consecuentes se unirn final con principio.

6.- Comprobaremos sobre el propio esquema la formacin del n de polos de la

mquina.

7.- Bobinados concntricos monofsicos

Este tipo de bobinados se construyen siempre por polos.

El bobinado ocupa solo las dos terceras partes del las ranuras del estator, por lo que:

Por lo tanto tenemos que U = m = K/6p valor que deber ser entero para. que sea posible la

ejecucin del bobinado.

U B G

K

P

K

P /

2

3 2

2 6

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BOBINADO CONCENTRICO, POR POLOS - 24 RANURAS - 2 POLOS

Forma: Concntrico, por polos

N de ranuras: K = 24

N de polos: 2p = 2

N de fases: q = 3

N de ranuras por polo y fase:

N de bobinas:

N de grupos del bobinado:

G = 2p.q = 2.3 = 6

N de bobinas por grupo:

Amplitud del grupo

m = (q - 1) 2.U = (3 - 1) 2. 2 = 8

Pasos de bobina:

Y1 = m + 1 = 8 + 1 = 9

Y3 = m + 3 = 8 + 3 = 11

Cuadro de Principios de fase:

U V W

1 9 17

KK

pqpq

2

24

234

.

BK

2

24

212

UN bobinas

grupo

B

G

12

62

K

p3

24

38

16

Sentido de las f.e.m.

Si elegimos el tiempo t1 del sistema trifsico de la figura tenemos que:

Las fases R y S estn por encima del eje de las X por lo tanto sern positivas, mientras que T se halla por debajo, por lo que ser negativa.

Por todo esto podemos concluir con que la intensidad entrar por U y saldr por X, entrar por V y saldr por Y y entrar por Z y saldr por W

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BOBINADO CONCNTRICO POR POLOS CONSECUENTES

Forma: Concntrico, por polos consecuentes

N de ranuras: K = 24

N de polos: 2p = 4

N de fases: q = 3

N de ranuras por polo y fase:

N de bobinas:

N de grupos del bobinado:

G = p.q = 2.3 = 6

N de bobinas por grupo:

Amplitud del grupo

m = (q - 1) .U = (3 - 1) . 2 = 4

Pasos de bobina:

Y1 = m + 1 = 8 + 1 = 9

Y3 = m + 3 = 8 + 3 = 11

Cuadro de Principios de fase:

KK

pqpq

2

24

234

.

BK

2

24

212

UN bobinas

grupo

B

G

12

62

K

p3

24

64 124

24

p

K

U V W

1 5 9

13 17 21

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ESTRELLA DE F.EM.

Es conveniente representar en una circunferencia de 360 E las f.e.m. inducidas en todos los

haces activos del bobinado para estudiar la generacin de un sistema polifsico, analizando su total

equilibrio y verificando el ngulo del sistema.

Clculo del ngulo elctrico entre dos ranuras.

K .. 360 P E 1 .. X

X = 360P / K = 360.1 / 24 = 15

Clculo del nmero de divisiones de la circunferencia elctrica

Clculo de vueltas de la estrella

Tantas como pares de polos V = 1

N de divisionesX P

K

K

P

360 360

360

24

124

20

Sentido de las f.e.m.

Si elegimos el tiempo t1 del sistema trifsico de la figura tenemos que:

Las fases R y S estn por encima del eje de las X por lo tanto sern positivas, mientras que T se halla por debajo, por lo que ser negativa.

Por todo esto podemos concluir con que la intensidad entrar por U y saldr por X, entrar por V y saldr por Y y entrar por Z y saldr por W