Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

B.2 Devanados distribuidos en las máquinas de ca 475
EJEMPLO B-1
Un estator trifásico con dos polos tiene bobinas con un paso de 5/6. ¿Cuáles son los factores de paso de
los armónicos presentes en las bobinas de la máquina? ¿Este paso ayuda a suprimir el contenido armónico
del voltaje generado?
Solución
El paso polar de la máquina en grados mecánicos es
p
360°
P
180° (B-1)
Por lo tanto, el ángulo de paso mecánico de estas bobinas es de cinco sextos de 180° o 150°. A partir
de la ecuación (B-2), el paso resultante en grados eléctricos es
m
p
180°
150°
180°
180° 150° (B-2a)
El ángulo de paso mecánico es igual al ángulo de paso eléctrico únicamente porque se trata de una máquina
de dos polos. Para cualquier otro número de polos no serían iguales.
Por lo tanto, los factores de paso de las frecuencias fundamentales y armónicos nones más altos (recuérdese
que los armónicos pares se eliminaron) son
Fundamental:
Tercer armónico:
Quinto armónico:
Séptimo armónico:
Noveno armónico:
k p sen 150°
2
k p sen 3(150°)
2
k p sen 5(150°)
2
k p sen 7(150°)
2
k p sen 9(150°)
2
0.966
0.707
0.259
0.259
0.707
(Éste es un armónico triple n que no
está presente en la salida trifásica.)
(Éste es un armónico triple n que no
está presente en la salida trifásica.)
Los componentes de armónicos tercero y noveno sólo se suprimen ligeramente con este paso de bobina,
pero esto no es importante dado que de todos modos no aparecen en las terminales de la máquina.
Entre los efectos de los armónicos triple n y los efectos del paso de bobina, se suprimen los armónicos
tercero, quinto, séptimo y noveno en la frecuencia fundamental. Por lo tanto, la utilización de devanados
de paso fraccionado reduce drásticamente el contenido armónico del voltaje de salida de la máquina y sólo
provocan un pequeño incremento en su voltaje fundamental.
En la figura B-4 se muestra el voltaje en las terminales de una máquina síncrona tanto con devanados
de paso fraccionado como con devanados con un paso r = 150°. Nótese que los devanados
de paso fraccionado producen una mejora visible en la calidad de la onda.
Se debe tomar en cuenta que hay ciertos tipos de armónicos de altas frecuencias, llamados
armónicos de dientes o de ranura, que no se pueden suprimir por medio de la variación del paso de
las bobinas del estator. Estos armónicos de ranura se discutirán junto con los devanados distribuidos
en la sección B.2.
B.2 DEVANADOS DISTRIBUIDOS EN LAS MÁQUINAS DE CA
En la sección anterior se supuso implícitamente que los devanados asociados con cada fase de una
máquina de ca estaban concentrados en un solo par de ranuras en la superficie del estator. De hecho,
los devanados asociados con cada fase casi siempre están distribuidos entre varios pares de ranuras
adyacentes, puesto que es simplemente imposible poner todos los conductores en una sola ranura.