Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

Problemas 483
Los estatores de las máquinas de ca reales simplemente no tienen una bobina para cada fase.
Para obtener voltajes razonables de salida de una máquina se deben utilizar varias bobinas, cada una
con una gran cantidad de vueltas. Este hecho requiere que los devanados se distribuyan dentro de un
intervalo en la superficie del estator. Si se distribuyen los devanados del estator en una fase se reduce
el posible voltaje de salida por un factor de distribución k d , pero es físicamente más fácil poner más
devanados en la máquina.
PREGUNTAS
B-l.
B-2.
B-3.
B-4.
¿Por qué se usan devanados distribuidos en lugar de devanados
concentrados en los estatores de las máquinas de ca?
a) ¿Qué es el factor de distribución de un devanado del estator?
b) ¿Qué es el valor del factor de distribución en un devanado
del estator concentrado?
¿Qué son los devanados de cuerdas? ¿Por qué se utilizan en
un devanado de estator de ca?
¿Qué es paso polar? ¿Qué es el factor de paso? ¿Cómo se
relacionan entre sí?
B-5. ¿Por qué los componentes del tercer armónico de voltaje no
se encuentran en las salidas de las máquinas de ca trifásicas?
B-6. ¿Qué son los armónicos triple n?
B-7. ¿Qué son los armónicos de ranura? ¿Cómo se pueden disminuir?
B-8. ¿Cómo se puede hacer que la distribución (y flujo) de la fuerza
magnetomotriz de una máquina de cd sea más sinusoidal?
PROBLEMAS
B-1. El inducido de un estator trifásico de dos ranuras está devanado
para operar con dos polos. Si se utilizan devanados de
paso fraccionado, ¿qué paso del devanado elegiría si desea
eliminar el componente del quinto armónico de voltaje?
B-2. Deduzca la relación del factor de distribución del devanado k d
de la ecuación (8-22).
B-3. Una máquina síncrona trifásica con cuatro polos tiene 96
ranuras en el estator. Las ranuras contienen un devanado de
doble capa (dos bobinas por ranura) con cuatro vueltas por
bobina. El paso de bobina es de 19/24.
B-4.
B-5.
a) Encuentre el paso de ranura y de bobina en grados eléctricos.
b) Encuentre los factores de paso, de distribución y de devanado
de la máquina.
c) ¿Qué tan bien suprime los armónicos tercero, quinto, séptimo,
noveno y onceavo el devanado? Asegúrese de tomar
en cuenta en su respuesta los efectos tanto del paso de
bobina como de la distribución del devanado.
Se quiere instalar un devanado trifásico con cuatro polos y de
dos capas en un estator con 48 ranuras. El paso del devanado
del estator es de 5/6 y tiene 10 vueltas por bobina en los devanados.
Todas las bobinas en cada fase están conectadas en
serie y las tres fases están conectadas en D. El flujo por polo
de la máquina es de 0.054 Wb y la velocidad de rotación del
campo magnético es de 1 800 r/min.
a) ¿Cuál es el factor de paso del devanado?
b) ¿Cuál es el factor de distribución del devanado?
c) ¿Cuál es la frecuencia del voltaje producido en el devanado?
d) ¿Cuáles son los voltajes resultantes de fase y en las terminales
del estator?
Un generador síncrono trifásico, conectado en Y, con seis polos,
tiene seis ranuras por polo en su devanado del estator. El
B-6.
devanado en sí es de cuerdas (de paso fraccionado) de doble
capa con ocho vueltas por bobina. El factor de distribución
es k d = 0.956 y el factor de paso es k p = 0.981. El flujo en el
generador es de 0.02 Wb por polo y la velocidad de rotación
es de 1 200 r/min. ¿Cuál es el voltaje de línea producido por
el generador en estas condiciones?
Una máquina síncrona trifásica, conectada en Y, a 50 Hz, con
dos polos, tiene un estator con 18 ranuras. Las bobinas forman
un devanado de cuerdas de doble capa (dos bobinas por
ranura) y cada bobina tiene 60 vueltas. El paso de la bobina
del estator es de 8/9.
a) ¿Cuánto flujo en el rotor se requeriría para producir un
voltaje en las terminales (línea a línea) de 6 kV?
b) ¿Qué tan efectivas son las bobinas de este paso para reducir
el componente del quinto armónico de voltaje? ¿Y el
componente del séptimo armónico de voltaje?
B-7. ¿Qué paso de bobina utilizaría para eliminar por completo el
componente del séptimo armónico de voltaje en el inducido
(estator) de una máquina de ca? ¿Cuál es el número mínimo
de ranuras requeridas en un devanado de ocho polos para obtener
este paso exactamente? ¿Qué le haría este paso al componente
del quinto armónico de voltaje?
B-8. Un generador síncrono trifásico de 13.8 kV, conectado en Y,
a 60 Hz, con 12 polos, tiene 180 ranuras del estator con un
devanado de doble capa y ocho vueltas por bobina. El paso
de bobina del estator es de 12 ranuras. Los conductores de
todos los cinturones (o grupos) de fase en cualquier fase están
conectados en serie.
a) ¿Qué flujo por polo se requiere para obtener un voltaje en
las terminales (de línea) en vacío de 13.8 kV?
b) ¿Cuál es el factor de devanado k w de la máquina?