MX2011008739A - Devanado de dos conductores para circuito del motor de induccion. - Google Patents

Abstract

Se describe un motor de inducción eléctrica que tiene un devanado principal formado con dos conductores eléctricos que tiene diferentes resistividades eléctricas. El motor incluye un estator que tiene una estructura alrededor de la cual se forma un devanado y el devanado incluye un primer conductor eléctrico que tiene un primer extremo y un segundo extremo y un segundo conductor eléctrico que tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo del primer conductor eléctrico y el primer extremo del segundo conductor eléctrico son acoplados conjuntamente y el segundo extremo del primer conductor eléctrico y el segundo extremo del segundo conductor eléctrico son acoplados conjuntamente para formar un circuito en paralelo con el primer conductor eléctrico y el egundo conductor eléctrico y el segundo conductor eléctrico tiene una resistividad eléctrica que es mayor que la resistividad eléctrica del primer conductor eléctrico. En una modalidad, el primer conductor eléctrico es de cobre y el segundo conductor eléctrico es aluminio.

Description

DEVANADO DE DOS CONDUCTORES PARA CIRCUITO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN CAMPO TÉCNICO La presente revelación es concerniente en general con motores eléctricos asincronos y más en particular con los devanados usados en estos motores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los motores monofásicos y trifásicos son usados en varias aplicaciones. Un motor monofásico puede consistir de un estator que tiene un devanado principal y un devanado auxiliar y un rotor que tiene conductores eléctricos formados en el mismo. Una corriente eléctrica es provista selectivamente a través de los devanados para inducir una corriente secundaria en el rotor. El campo magnético giratorio generado por las corrientes en los devanados y conductores del . rotor hacen girar el rotor, para generar momento de torsión en el árbol de salida del rotor. Un motor trifásico tiene tres devanados del estator que están desplazados por 120 grados. En respuesta a las fases de corriente que fluyen en los devanados, un flujo de espacio de aire induce corriente en los conductores del rotor y genera momento de torsión en el árbol de salida del rotor. Los devanados pueden ser energizados directamente de una fuente de CA o un inversor de CD puede ser usado para' suministrar energía a una frecuencia y amplitud requerida para una velocidad seleccionada .

Los devanados del estator son comúnmente un conductor eléctrico aislado: Más comúnmente, el estator tiene una estructura de ranura en la cual el conductor es envuelto múltiples veces para formar un devanado. El calibre del alambre y el número de vueltas afectan la salida y eficiencia del motor. La ranura en la cual el alambre es envuelto está dimensionada comúnmente para acomodar un alambre de calibre particular para un número predeterminado de vueltas. En la manufactura del motor, los estatores pueden ser manufacturados en grandes números para instalación en motores eléctricos. Un componente de costo para un estator es el tipo de conductor usado para los devanados. El cobre es usado frecuentemente, pero ya el costo del cobre se ha incrementado significativamente, ha crecido el uso del aluminio más barato. Un problema con la sustitución del aluminio por cobre surge de la mayor resistividad presentes en un alambre de aluminio en comparación con un alambre de cobre del mismo calibre. Consecuentemente, el calibre de un alambre de aluminio necesita ser más grande con el fin de que el alambre de aluminio porte una corriente de aproximadamente la misma magnitud como el alambre de cobre que es reemplazado. Desafortunadamente, el espacio del estator es comúnmente demasiado pequeño para acomodar el número de vueltas del alambre de aluminio más grande. Si el estator debe ser rediseñado o modificado para aceptar el alambre de aluminio de calibre más grande, entonces cualesquier ahorros de la sustitución del aluminio por cobre en un devanado son virtualmente eliminados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un motor de inducción eléctrica tiene un devanado principal formado con dos conductores eléctricos diferentes. El motor incluye un estator que tiene una estructura alrededor de la cual se forma un devanado y el devanado incluye un primer conductor eléctrico que tiene un primer extremo y un segundo extremo y un segundo conductor eléctrico que tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo del primer conductor eléctrico y el primer extremo del segundo conductor eléctrico son acoplados conjuntamente y el segundo extremo del primer conductor eléctrico y el segundo extremo del segundo conductor eléctrico son acoplados con untamente para formar un circuito en paralelo con el primer conductor eléctrico y el segundo conductor eléctrico y el segundo conductor eléctrico tiene una resistividad eléctrica que es mayor que la resistividad eléctrica del primer conductor eléctrico. En una modalidad, el primer conductor eléctrico es de cobre y el segundo conductor eléctrico es aluminio.

El motor puede ser fabricado con un método que forma un devanado del motor con dos conductores eléctricos que tienen resistividades eléctricas diferentes. El método incluye acoplar un primer conductor eléctrico a un segundo conductor eléctrico para formar un circuito en paralelo, el segundo conductor eléctrico que tiene una resistividad eléctrica' que es mayor que la resistividad eléctrica del primer conductor eléctrico y envolver el primero y el segundo conductores eléctricos alrededor de un espacio de un conjunto de ranuras en un estator para formar un devanado para un motor eléctrico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Los aspectos anteriores y otros elementos de un devanado de motor eléctrico que tiene dos conductores eléctricos que tienen diferentes resistividades eléctricas que son acoplados conjuntamente en un circuito en paralelo para formar el devanado son explicados en la siguiente descripción, tomada en conjunción con las figuras adjuntas.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un estator y un devanado en el estator.

La figura 2 es un diagrama de circuito de un motor de inducción con un devanado auxiliar para arrancar el motor.

La figura 3 es un diagrama de circuito de un motor de inducción que tiene un devanado principal compuesto de dos conductores disimilares.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Un estator 10 que puede ser instalado en un motor de inducción eléctrica convencional es mostrado en la figura 1. El estator 10 consiste de una pluralidad de laminaciones delgadas fabricadas de hierro fundido o aluminio. Las laminaciones son pegadas conjuntamente para formar un núcleo de estator hueco 14 que tiene ranuras 18. Una bovina de un alambre aislado 22 ha sido enrollada en un conjunto de ranuras para formar un devanado 26. Cuando se aplica una corriente alterna al devanado 26, se genera un campo magnético giratorio. Este campo magnético giratoria actúa sobre un rotor de manera conocida para generar momento de torsión en el árbol de salida del rotor.

Un circuito representativo de un motor de inducción monofásico es mostrado en la figura 2. El motor 50 incluye conexiones de entrada 54, un devanado principal 58, un capacitor 62, un interruptor centrífugo 66, un devanado de arranque o auxiliar 70 y un rotor 74. El devanado principal 58 y devanado auxiliar 70 son envueltos en un conjunto de ranuras de estator como se describe anteriormente. El capacitor 62, interruptor centrífugo 66 y devanado auxiliar 70 han sido agregados debido a que un motor con solamente un devanado no es auto-arrancable . En la posición detenida o bajas velocidades, el interruptor centrífugo 66 es cerrado. En respuesta a una corriente alterna que es aplicada al circuito, la corriente a través del devanado principal 58 se retrasa detrás de la corriente de suministro debido a la impedancia del devanado principal. Así mismo, la corriente a través de la pata de inicio o de arranque del circuito, que incluye el capacitor 62, interruptor 66 y devanado 70, también se retrasa de la corriente de suministro de la impedancia de la pata de inicio. Los campos magnéticos generados por los devanados principal y el de inicio producen un campo magnético que gira en una dirección. Este campo magnético actúa sobre el rotor para hacerlo girar. A medida que el rotor se aproxima a una velocidad predeterminada, el interruptor centrífugo se abre y el devanado auxiliar ya no genera un campo magnético. Después de esto, el devanado principal continúa generando giratorio por medio de interacción con el rotor para continuar la rotación del rotor.

En motores de inducción previamente conocidos, el devanado principal y el devanado auxiliar pueden ser formados de un alambre de cobre envuelto en un conjunto de espacios de estator. El alambre de cobre es envuelto en las ranuras de estator por una pluralidad de vueltas para obtener una eficiencia-vueltas y resistividad predeterminadas para el devanado. Ya que el precio del cobre se ha incrementado, conductores más baratos fueron considerados como sustitutos para el cobre usado para formar los devanados. Sin embargo, estos conductores más baratos no tuvieron una resistividad eléctrica que fuera tan baja como la del cobre. Consecuentemente, los conductores más baratos requirieron alambres que tienen un calibre más grande que el alambre de cobre que es reemplazado con el fin de proveer una eficiencia y resistividad equivalente a la eficiencia-vueltas y resistividad del devanado de cobre. Por ejemplo, el cobre tiene una resistividad eléctrica de aproximadamente 1.724 micro-ohms por centímetro cúbico a una temperatura de 20 grados centígrados, mientras que el aluminio tiene una resistividad eléctrica de aproximadamente 2.828 micro-ohms por centímetro cúbico a una temperatura de 20 grados centígrados. La envoltura de un alambre de calibre más grande en las ranuras de estator para un número apropiado de vueltas llena en exceso las ranuras en el estator. Así, ya sea las ranuras necesitan ser incrementadas en tamaño o la longitud del rotor requiere incremento . Ambos tipos de cambios son relativamente caros ya que ya sea uno u otro requieren costos de diseño y herramentales incrementados o costos de material incrementados. Por supuesto, estos costos incrementados desplazan, por los menos parcialmente, los ahorros esperados de la sustitución del material conductor más barato .

Para superar estas cuestiones y conservar más de los ahorros de costo potenciales que surgen de la sustitución de un conductor más barato para el devanado, se ha desarrollado un nuevo devanado que comprende dos conductores eléctricos que tienen diferentes resistividades eléctricas que son acoplados entre sí en un circuito en paralelo. El esquema eléctrico para un motor que tiene el nuevo devanado es mostrado en la figura 3. Este esquema es el mismo como el ilustrado en la figura 2, de tal manera que los mismos números de referencias han usados para los componentes que son similares. El devanado principal 100, sin embargo, consiste de dos conductores eléctricos. Un conductor eléctrico es un alambre de cobre aislado 109 y el otro conductor es un alambre de aluminio aislado 108. Como se muestra en la figura, los dos conductores son acoplados entre sí para formar un circuito en paralelo .' Con el fin de hacer que el devanado 100 tenga la eficiencia-vueltas y resistividad equivalente del devanado 58, que es reemplazado por el devanado 100, el calibre del alambre de cobre que forma el devanado 100 es reducido del calibre del alambre de cobre usado para formar el devanado 58. En una modalidad, el devanado 58 fue formado con un alambre de cobre de calibre 18 que fue envuelto con 24 vueltas, 37 vueltas y 43 vueltas en tres ranuras de estator, mientras que el devanado 100 fue formado con un alambre de cobre de calibre 21 y un alambre de aluminio de calibre 19, que fueron acoplados en paralelo y envueltos con 27 vueltas, 36 vueltas y 42 vueltas en tres ranuras de estator. Aunque más vueltas eran requeridas para eficiencia-vueltas equivalentes, los conductores más delgados permitieron que el devanado formado por los dos conductores se ajuste dentro de las mismas ranuras del estator usadas para revender el devanado 58. Además, la reducción en la cantidad de cobre requerida para la devanado 100 acoplada con el costo reducido del alambre de aluminio usado en el devanado 100 produjo ahorro de costo de aproximadamente 13% con respecto al costo del devanado 58. Así, la combinación de los dos conductores eléctricos que tienen resistividades diferentes que son acoplados conjuntamente en un circuito en paralelo proveen un devanado más barato que ajusta dentro de 'las ranuras del estator del motor original .

En la modalidad discutida anteriormente, una caída de los tres tamaños de calibre en la misma longitud de alambre de cobre dio como resultado que una pata del devanado que tiene la mitad de la resistividad eléctrica del devanado original 58. Consecuentemente, la otra mitad del devanado original 58 tenía que ser provista por el alambre de aluminio . Al incrementar el tamaño del alambre de aluminio por dos tamaños de calibre con respecto al alambre de calibre cobre recién seleccionado, una resistividad eléctrica equivalente a la mitad del devanado original 58 podría ser obtenida con una longitud de alambre de aluminio igual a la longitud del alambre de cobre de calibre más pequeño. Otras proporciones de resistividad entre los dos conductores, sin embargo podrían ser usadas en tanto que la resistividad eléctrica presentada por la disposición en paralelo de los conductores fuera equivalente a la resistividad eléctrica del devanado original fabricado a partir de un solo conductor de metal.

La construcción de un devanado de motor principal revelado anteriormente puede ser usada para otros devanados en un motor. Por ejemplo, un devanado auxiliar puede también incluir dos conductores eléctricos que tienen diferentes resistividades eléctricas que son acopladas en un circuito en paralelo y envueltos alrededor de una ranura de estator. Similarmente, uno o más devanados en un motor eléctrico polifásico pueden asimismo ser formados. La incorporación de la construcción de devanado revelada anteriormente permite que ahorros sean realizados a partir del uso de materiales más baratos y una reducción en el peso para el motor.

En operación, un diseño de motor existente es evaluado en cuanto uno o más nuevos devanados . Un devanado es seleccionado y un conductor más delgado de una primera resistividad eléctrica es seleccionado para el devanado. Un segundo conductor que tiene una resistividad eléctrica que es diferente que el primer conductor es seleccionado. Una resistencia para cada conductor es seleccionada que produce una resistencia que es equivalente a la resistencia del devanado del diseño original cuando los dos conductores son acoplados entre sí en un circuito en paralelo. Una longitud de cada conductor es luego determinada a partir de la resistencia de cada conductor y los dos conductores son acoplados entre sí para formar un circuito en paralelo. Los dos conductores son luego envueltos en un conjuntó de ranuras en un estator para el diseño de motor original. El motor puede luego ser probado para verificar el desempeño del motor con el nuevo devanado es el equivalente al motor original .

Aquellos experimentados en él arte reconocerán que se pueden hacer numerosas modificaciones a las implementaciones especificas descritas anteriormente. Por consiguiente, las siguientes reivindicaciones no están limitadas a las modalidades especificas ilustradas y descritas anteriormente. Las reivindicaciones, tal como son presentadas originalmente y como puedan ser enmendadas abarcan variaciones, alternativas, modificaciones, mejoras, equivalentes y equivalentes sustanciales de las modalidades y enseñanzas reveladas en . la presente, incluyendo aquellas que no son pronosticadas o apreciadas actualmente y que por ejemplo pueden surgir de solicitantes/cesionarios y otros.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un motor eléctrico caracterizado porgue comprende: un estator que tiene una estructura alrededor de la cual se forma un devanado y el devanado comprende : un primer conductor eléctrico tiene un primer extremo y un segundo extremo y un segundo conductor eléctrico que tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo del primer conductor eléctrico y el primer extremo del segundo conductor eléctrico son acoplados conjuntamente y el segundo extremo del primer conductor eléctrico y el segundo extremo del segundo conductor eléctrica son acoplados conjuntamente para formar un circuito en paralelo con el primer conductor eléctrico y el segundo conductor eléctrico y el segundo conductor eléctrico que tiene una resistividad eléctrica que es mayor que el primer conductor eléctrico.

2. El motor de la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conductor eléctrico es de cobre y el segundo conductor eléctrico es de aluminio.

3. El motor de la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conductor eléctrico tiene un tamaño de calibre que es menor que el calibre del segundo conductor eléctrico.

4. El motor de la reivindicación 3, caracterizado porque el tamaño de calibre del primer conductor eléctrico es de por lo menos dos tamaños de calibre más pequeño que el tamaño de calibre del segundo conductor eléctrico .

5. El motor de la reivindicación 1, caracterizado porque la resistencia eléctrica del primer conductor eléctrico es igual a la resistencia eléctrica del segundo conductor eléctrico .

6. El motor de la reivindicación 1, caracterizado porque el estator incluye otra estructura alrededor de la cual se forma otro devanado y el otro devanado comprende: un tercer conductor eléctrico que tiene un primer extremo y un segundo extremo y una resistividad eléctrica que es igual a la resistividad eléctrica del primer conductor eléctrico y un cuarto conductor eléctrico que tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo del tercer conductor eléctrico y el primer extremo del cuarto conductor eléctrico son acoplados conjuntamente y el segundo extremo del tercer conductor eléctrico y el segundo extremo del cuarto eléctrica conductor son acoplados conjuntamente para formar un circuito en paralelo con el tercer conductor eléctrico y el cuarto conductor eléctrico y el cuarto conductor eléctrico que tiene una resistividad eléctrica que es igual al segundo conductor eléctrico.

7. El motor de la reivindicación 6, caracterizado porque el tercer conductor eléctrico es un alambre de cobre aislado y el cuarto conductor eléctrico es un alambre de aluminio aislado.

8. El motor de la reivindicación 6, caracterizado porque el tercer conductor eléctrico tiene un calibre que es más pequeño que el calibre del cuarto conductor eléctrico.

9. El motor de la reivindicación 6, caracterizado porque la resistencia eléctrica del tercer conductor eléctrico es igual a la resistencia eléctrica del cuarto conductor eléctrico.

10. El motor de la reivindicación 6, caracterizado porque el tamaño de calibre del primer conductor eléctrico es de por lo menos dos tamaños de calibre más pequeño que el tamaño de calibre del segundo conductor eléctrico.

11. Un método para construir un motor eléctrico, caracterizado porque comprende: acoplar un primer conductor eléctrico a un segundo conductor eléctrico para formar un circuito en paralelo, el segundo conductor eléctrico tiene una resistividad eléctrica que es mayor que la resistividad eléctrica del 'primer conductor eléctrico y envolver los primeros y segundos conductores eléctricos dentro de un conjunto de ranuras en un estator para formar un devanado para un motor eléctrico.

12. El método de la reivindicación 11, caracterizado porque el primer conductor eléctrico es un alambre de cobre aislado y el segundo conductor eléctrico es un alambre de aluminio aislado.

13. El método de la reivindicación 11, caracterizado porque el calibre del primer conductor eléctrico es más pequeño que el calibre del segundo conductor eléctrico.

14. El método de la . reivindicación 11, caracterizado porque la resistencia eléctrica del primer conductor eléctrico primera es igual a la resistencia eléctrica del segundo conductor eléctrico.

15. El método de la reivindicación 11, caracterizado porque el tamaño de calibre del primer conductor eléctrico primero es por lo menos dos tamaños de calibre más pequeño que el tamaño de calibre del segundo conductor eléctrico.