Bobinados para motores eléctricos

bobinados motores eléctricos
bobi­na­dos motores eléctricos

Los devana­dos de los motores eléc­tri­cos pueden dividirse en devana­dos con­cen­tra­dos y devana­dos dis­tribui­dos. Con un devana­do dis­tribui­do, siem­pre se enrol­lan al menos dos dientes del esta­tor. En cam­bio, con el bobi­na­do con­cen­tra­do sólo se bobi­na un diente del esta­tor. Ambos tipos de bobi­na­do tienen difer­entes ven­ta­jas e incon­ve­nientes. Cuán­do uti­lizar un devana­do con­cen­tra­do y cuán­do un devana­do de dis­tribu­ción depende de las dimen­siones del motor y de su uso pre­vis­to. Pero el número de unidades y la for­ma de fab­ri­cación del motor tam­bién influyen en la elec­ción del tipo de bobi­na­do. Otras car­ac­terís­ti­cas dis­tin­ti­vas que son impor­tantes para el dis­eño del bobi­na­do son el bobi­na­do con ori­fi­cios rotos y el bobi­na­do con ori­fi­cios enteros, así como el bobi­na­do de una capa y el bobi­na­do de dos capas.

Vídeo sobre bobinados para motores eléctricos

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Bobinado concentrado

bobinado concentrado
bobi­na­do concentrado

Con el bobi­na­do con­cen­tra­do, el esta­tor siem­pre se enrol­la exac­ta­mente sobre un diente. Esto tiene ven­ta­jas deci­si­vas en la pro­duc­ción del esta­tor. Por ejem­p­lo, los devana­dos ya ter­mi­na­dos pueden ser sim­ple­mente empu­ja­dos en el esta­tor. Sin embar­go, el dis­eño de los dientes del esta­tor debe estar pen­sa­do para ello. Una de las prin­ci­pales ven­ta­jas de un bobi­na­do con­cen­tra­do es que la cabeza del bobi­na­do es muy pequeña en la parte supe­ri­or e infe­ri­or del motor. En un desar­rol­lo dis­tribui­do, esta cabeza de bobi­na­do es may­or debido al sola­pamien­to de los bobi­na­dos. Debido a la menor cabeza de devana­do de los devana­dos con­cen­tra­dos, las pér­di­das óhmi­cas en el ran­go de veloci­dad infe­ri­or son menores que con un devana­do dis­tribui­do. Cuan­do se uti­liza un dis­eño clási­co de un motor eléc­tri­co con un desar­rol­lo con­cen­tra­do, el EMF pos­te­ri­or es trape­zoidal. Esto sig­nifi­ca que se puede gener­ar un alto par con este tipo de bobi­na­do, espe­cial­mente en el ran­go infe­ri­or. Sin embar­go, esto no sig­nifi­ca que tam­bién se traduz­ca en una alta efi­cien­cia. La prin­ci­pal desven­ta­ja de un devana­do con­cen­tra­do son las ondas armóni­cas que pueden provo­car grandes pér­di­das, espe­cial­mente a altas veloci­dades. Estas pér­di­das pueden pro­ducirse tan­to en los devana­dos de las lam­i­na­ciones como en los imanes per­ma­nentes. Los devana­dos con­cen­tra­dos se uti­lizan sobre todo para los motores cor­tos y de gran diámetro. Un ejem­p­lo de ello son los accionamien­tos de cubo de rue­da para bici­cle­tas eléc­tri­c­as sin mar­chas. Los devana­dos con­cen­tra­dos tam­bién se uti­lizan para accionamien­tos que requieren una gran dinámi­ca y en los que la efi­cien­cia no es tan cru­cial. Otra desven­ta­ja de los devana­dos con­cen­tra­dos es una ondu­lación del par no des­pre­cia­ble. Esto puede com­pen­sarse, por ejem­p­lo, desplazan­do los imanes del rotor entre sí o dán­doles la for­ma correspondiente.

Bobinado distribuido

Con un devana­do dis­tribui­do, siem­pre se enrol­lan al menos dos dientes del esta­tor, como en este ejem­p­lo de la ima­gen. El número de dientes sobre los que se enrol­la la bobi­na se denom­i­na paso de bobi­na o tamaño de paso, y por supuesto tam­bién es posi­ble enrol­lar sobre 3, 4, 5 o más dientes. Con un devana­do dis­tribui­do, los devana­dos se super­po­nen en la parte supe­ri­or e infe­ri­or del motor eléc­tri­co, esta zona del motor tam­bién se denom­i­na cabeza de devana­do. Debido al sola­pamien­to, la cabeza de bobi­na­do es may­or con un bobi­na­do dis­tribui­do que con un bobi­na­do con­cen­tra­do. Por ello, para los motores eléc­tri­cos muy cor­tos se suele uti­lizar un bobi­na­do con­cen­tra­do. Esto per­mite reducir las pér­di­das óhmi­cas de la cabeza del bobi­na­do. En los motores eléc­tri­cos más lar­gos, la influ­en­cia de las pér­di­das de la cabeza de bobi­na­do no es tan grande en relación con las pér­di­das totales. Una ven­ta­ja muy impor­tante de un devana­do dis­tribui­do para un motor eléc­tri­co es que la FEM resul­tante tiene un cur­so uni­forme y may­or­mente sinu­soidal. Esto sig­nifi­ca que la pro­por­ción de armóni­cos es muy baja y, por lo tan­to, tam­bién las pér­di­das en las lámi­nas del esta­tor y los devana­dos. Los devana­dos dis­tribui­dos se uti­lizan cuan­do se requiere una alta efi­cien­cia, como en los vehícu­los eléc­tri­cos. Otra ven­ta­ja de los devana­dos dis­tribui­dos es una alta sin­cronización, lo que sig­nifi­ca que la ondu­lación del par y, por tan­to, tam­bién el rui­do del motor son muy bajos. Por ello, los motores eléc­tri­cos con devana­dos dis­tribui­dos se uti­lizan prin­ci­pal­mente para los husil­los gira­to­rios de las máquinas her­ramien­ta, ya que, de lo con­trario, las fluc­tua­ciones del par motor ten­drían un efec­to neg­a­ti­vo en la cal­i­dad de la pieza que se mecaniza.

Bobinado distribuido
Bobi­na­do distribuido

Esquema del bobinado del motor

En un devana­do con­cen­tra­do, un diente del esta­tor lle­va exac­ta­mente un devana­do. Los difer­entes col­ores rep­re­sen­tan las tres fas­es U, V y W. Los dos devana­dos de una fase se conectan entre sí y las tres fas­es pueden conec­tarse en estrel­la o en trián­gu­lo. Con un bobi­na­do dis­tribui­do, se enrol­lan al menos dos dientes, como en este ejem­p­lo. El número de dientes que se enrol­lan se lla­ma paso de la bobi­na y, por supuesto, tam­bién se puede enrol­lar sobre 3, 4, 5 o más dientes. El paso de la bobi­na depende del número de dientes del esta­tor y del número de pares de polos del rotor.

Esquema bobinado motor
Esque­ma bobi­na­do motor

Devanado distribuido frente a devanado concentrado

¿Cuál es la difer­en­cia téc­ni­ca entre un devana­do dis­tribui­do y un devana­do con­cen­tra­do? Para ello nos fijamos en el volta­je del EMF pos­te­ri­or. Es la ten­sión que puede medirse en los bornes de un motor eléc­tri­co con imanes per­ma­nentes cuan­do el motor gira lo sufi­cien­te­mente rápi­do a mano o con una máquina de carga.

Devanado distribuido y devanado concentrado
devana­do dis­tribui­do y devana­do concentrado

En el dia­gra­ma se puede ver que la ten­sión del motor eléc­tri­co con un devana­do dis­tribui­do es agrad­able­mente sinu­soidal. En cam­bio, el EMF pos­te­ri­or del devana­do con­cen­tra­do es más bien trape­zoidal. ¿Qué sig­nifi­ca esto para el rendimien­to del motor? Con un motor con un devana­do con­cen­tra­do, se puede gener­ar más par debido al EMF trape­zoidal. Sin embar­go, las pér­di­das en el cobre y la cha­pa son may­ores porque se pro­ducen más armóni­cos y más altos. Con un devana­do dis­tribui­do, se puede lograr una may­or efi­cien­cia debido a la FEM sinu­soidal, que es par­tic­u­lar­mente impor­tante para los vehícu­los eléc­tri­cos. Sin embar­go, esto no sig­nifi­ca direc­ta­mente que si un motor eléc­tri­co tiene una FEM sinu­soidal, este motor ten­ga una alta efi­cien­cia. E inclu­so con devana­dos con­cen­tra­dos, se puede con­seguir una FEM sinu­soidal adap­tan­do el dis­eño del rotor.