CALCULO Y DISEÑO DE MAQUINAS ELECTRICAS

APENDICE 6 - USO Y APLICACIONES DE LOS PROGRAMAS

A6.1 INTRODUCCION

Como se dice en la introducción la obra se presenta divida en cuatro volúmenes, cada uno incluye un diskette que contiene el programa correspondiente al tema del volumen y algunos programas auxiliares.

Los programas realizan el cálculo electromagnético, dimensional y de pesos aproximados de las distintas partes activas de la máquina correspondiente y de sus características funcionales.

Concretamente el programa correspondiente a este volumen resuelve el problema de calcular:

Máquinas de corriente continua (MAQCON).

El programa es de tipo «batch», para ejecutarlo es necesario haber preparado previamente el lote de datos correspondiente que se puede hacer con un editor o bien utilizando la facilidad del programa (interactivo) EDIMAQ, que asiste al usuario en la preparación de un lote de datos o su modificación.

La impresión de las ejecuciones del programa de cálculo se puede hacer directamente direccionando la salida sobre la impresora (adecuadamente seteada) o bien direccionando la salida a un archivo en disco.

Por último el programa DIBMAQ permite cargar un ejemplo, y luego modificarlo con los datos de diseño obtenidos en la corrida y dibujar cortes longitudinales y transversales de la máquina calculada, variando la ubicación y el tamaño de la ventana de observación.

A fin de utilizar este conjunto de programas en una forma eficiente es aconsejable cargarlos en el disco rígido.

Si se desea trabajar directamente sobre diskettes es conveniente hacer una copia y trabajar en ella.

A título de ejemplo describimos en forma genérica el uso en detalle.

A6.2 PREPARACION DEL LOTE DE DATOS

Se ejecuta el programa EDIMAQ que presenta un menú que propone el tipo de máquina cuyos datos se desea preparar o modificar.

Los datos del problema específico se van ingresando o modificando uno a uno, y cuando se termina debe indicarse el nombre del archivo ("file") en el cual se graba el lote de datos.

La preparación de datos también puede hacerse con un editor de textos (EDIT, u otro equivalente).

A6.3 EJECUCION DEL CALCULO

La ejecución de un programa de cálculo en este caso MAQCON inicia preguntando donde están los datos, debe responderse indicando el archivo previamente preparado, luego pregunta donde deben ir los resultados debiendo responderse también.

Es conveniente que los resultados queden grabados en un archivo para poderlo ver utilizando también para ello alguno de los editores citados o bien la modalidad BROWSE (que muestra sin permitir modificaciones), o el recomendable "shareware" LIST que trabaja en modo análogo.

También puede direccionarse la salida a consola (CON) o a la impresora (PRN).

A6.4 UTILIZACION DEL PROGRAMA DE DIBUJO

Para aprovechar correctamente las facilidades disponibles, es conveniente iniciar el uso del programa de dibujo disponiendo de la salida de cálculo en papel para leer los datos a medida que el programa los requiere.

El programa contiene un ejemplo, y ofrece distintas opciones una de las cuales permite modificar los datos, introduciéndose lógicamente los que corresponden al ejemplo que se desea graficar.

Siendo este programa gráfico, según la plaqueta de video que la computadora dispone, puede ser necesario cargar en forma residente un simulador gráfico.

El programa permite variar la ventana de observación del dibujo (efecto zoom) a fin de visualizar detalles del mismo.

Estos dibujos pueden imprimirse por vuelco de pantalla ("PRINT SCREEN"), como generalmente la relación de aspecto de la pantalla no coincide con la impresora se debe variar adecuadamente esta última según corresponda.

Normalmente para que la impresora grafique se debe ejecutar previamente un programa de comunicación con la impresora, definiendo adecuadamente ciertos parámetros (GRAFIX).

En una de las opciones el programa permite generar un archivo .DXF que puede ser interpretado por los poderosos programas de dibujo "CAD" hoy difundidos en todo el mundo (Ò AutoCad, Ò MicroCadam, etc.).

A6.5 OTRA FORMA DE PREPARAR LOS DATOS

Hemos visto que EDIMAQ prepara un archivo de datos para el cálculo que se quiere desarrollar, como dicho con un editor (EDIT, u otro programa equivalente) es posible introducir modificaciones en este archivo.

También puede preparase en esta forma el lote de datos completo, pero esta tarea está dificultada por la falta de guía, es posible entonces preparar los datos agregando renglones de comentarios (que inician con una "C" o un "*" en la primera columna) de manera de ayudar a ubicar correctamente los valores.

Para facilitar esta tarea existe un archivo TABLA.TXT que contiene comentarios y espacios disponibles para preparar el lote de datos correspondiente.

Al usar esta alternativa se debe seleccionar la parte de datos que efectivamente interesan para el caso particular que se encara.

El programa SELTAR actuando sobre este último archivo separa los renglones que inician con "C" o "*" y que considera comentarios, de los otros que considera datos generando un nuevo archivo de datos adecuado para ser correctamente interpretado por los programas de cálculo.

A6.6 REVISION DE RESULTADOS (PARA DOCENTES)

Un programa llamado FILMAQ lee el informe de cálculo de una máquina (cualquiera) y lo sintetiza generando un archivo de datos que utiliza el programa de dibujo.

Esta facilidad no debe ser utilizada por los alumnos durante el proceso de aprendizaje ya que el elevado grado de automatización, y la rapidez con que se puede ejecutar el trabajo atentan contra la reflexión y la maduración de los conceptos que se intentan inculcar.

A6.7 EJERCICIOS PROPUESTOS

A fin de experimentar como se ejecuta el programa se propone un lote de datos correspondientes a un ejemplo que en su momento fue objeto de publicación en la presentación del programa.

El interesado en ejecutarlo puede generar un archivo con los datos que se indican en la tabla, respetando el encolumnamiento de 10 caracteres por columna, debe tenerse cuidado que los datos incluyan en todos los casos el punto decimal, mientras que para los valores nulos puede dejarse en blanco el espacio.

A6.7 Tabla de datos para la corrida del programa «MAQCON»

1 2 3 4 5 6 7 8
1 NOM (identificación de la corrida)
EJEMPLO DE CALCULO MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA fecha:
2 - datos básicos
POT UU2 RPM DIAM HNPOL AFC REND  
66. 220. 1500. 340. 4. 27.3 92.  
3 - datos de dimensionamiento
ONDIMB CU BE HNCP ALFA HNADO FAP(2) QQF
0 4.5 0.74 12.25 0 3. 0 0
4 - dimensionamiento rotor
DELTA CBEP CDEL DENC COEAP RHO DCOND ACR
4. 0 1.25 5.16 0 0 0 0
5 - canales radiales de ventilación
- - - ACAN2 NCAN2      
0 0 0 0 0      
6 - determinación de la ranura
TIPO BB2 BB1 HH4 HH3 HH2 EA ACAN
0 0 0 0 0 0 0 10.
7 - dimensionamiento colector
DCDF EAD DCES CAES HMU PRES HNBAR  
0.71 0 0 0 0 1.5 4.  
8 - dimensionamiento polo principal
DU CK RK BCU BKU      
0.2 0 0 1.43 0      
9 - dimensionamiento polo auxiliar
RELAC RELD RELE RELX        
0.286 1.5 0 0        
10 - dimensionamiento corona estatórica
CACU CBEX CHCU BC(1) FAP(1) RL FREBW EBW
0 0.1 1. 1.16 0.92 0 0 0
11 - características del hierro del rotor: inducción
BW BW BW BW BW BW BW BW
0 0 0 0 0 0 0 0
12 - características del hierro: pérdidas específicas
WK WK WK WK WK WK WK WK
0 0 0 0 0 0 0 0
13 - características del hierro: intensidad de campo
AS AS AS AS AS AS AS AS
0 0 0 0 0 0 0 0
14 - características del hierro del estator: inducción
BW BW BW BW BW BW BW BW
0 0 0 0 0 0 0 0
15 - características del hierro: pérdidas específicas
WK WK WK WK WK WK WK WK
0 0 0 0 0 0 0 0
16 - características del hierro: intensidad de campo
AS AS AS AS AS AS AS AS
0 0 0 0 0 0 0 0
17 - devanado polo de conmutación
EA(3) DISP - DENC(3) COEAP(3) RHO(3) DCOND(3)  
0 2.55 0 0 0 0 0  
18 - devanado polo de excitación
EA(1) SA11 UPOL DENC(1) COEAP(1) RHO(1) DCOND(1)  
0 0 50. 2.4 0 0 0  

A6.8 BIBLIOGRAFIA

A6.9 PROBLEMAS

Algunos de los problemas que siguen se han resuelto con una propuesta que no necesariamente es única, mientras que para otros sólo se da su enunciado.

El lector, al ejercitarse debe intentar comprender cuales son los caminos que se adoptan para resolver el problema, en base a sus conocimientos tratar de descubrir otros, y explorarlos comparando las soluciones y decidiendo en forma justificada.

PROBLEMA: 6.1

De un motor de corriente continua de 345 kW, 500 V, 690 A, 985 v.p.m. se conocen los siguientes datos del colector:

Diámetro mm 450
Longitud mm 230
Velocidad periférica m/s 23.2
Perdidas por rozamiento y eléctricas kW 2.76

se requiere calcular la sobreelevación de temperatura y si este valor satisface las exigencias de las normas.

PROBLEMA: 6.2

De una motor de corriente continua de 345 kW, 500 V, 690 A 985 v.p.m. que tiene polos de conmutación, se conocen los siguientes datos de diseño:

Inducción en el entrehierro del polo de excitación T 0.72
Densidad lineal de corriente del inducido Ac/cm 366
Paso polar mm 314

se requiere calcular el entrehierro del polo de excitación y del polo de conmutación.

PROBLEMA: 6.3

Explicar que comprobaciones se deben realizar durante la etapa de proyecto de una máquina de corriente continua para controlar si la conmutación es aceptable, en caso de que no fuese así, proponer que modificaciones se deben realizar.

Las máquinas de corriente continua están destinadas a funcionar con amplios intervalos de tensión, corriente y velocidad y esto debe ser tenido en cuenta convenientemente por el proyectista.

El proyecto de la máquina de corriente continua se diferencia de las otras máquinas rotantes por las limitaciones impuestas por la conmutación.

En máquinas de pequeña potencia, de una velocidad limitada y para baja tensión se logra fácilmente una buena conmutación, y para estas el dimensionamiento está condicionado además que por el peso, dimensiones y costo, por el rendimiento y la sobreelevación de temperatura de las distintas partes.

En máquinas de media y elevada potencia, tensión y velocidad, y en aquellas donde el campo se puede invertir, la exigencia de una buena conmutación es lo más importante y condiciona la armónica correspondencia de la elección de las distintas partes entre sí y con el resto.

Una inmediata visión de la conmutación se tiene controlando algunas dimensiones geométricas y otras que tienen notable incidencia como ser:

verificando que estos datos se encuentren dentro de los valores que se indican en el capítulo 6 "Máquinas de corriente continua" o en la bibliografía.

A continuación se debe evaluar cuidadosamente si la solución de devanado adoptada dentro de las posibles es la más adecuada, teniendo en cuenta para ello además de la conmutación, que como dicho condiciona el cálculo, otros aspectos del diseño como por ejemplo solicitaciones magnéticas (inducción en los dientes, entrehierro), paso de la ranura, sus dimensiones, geometría del colector y número de delgas.

Es particularmente en esta parte donde el proyectista tiene la posibilidad de introducir cambios en algunos datos de diseño que pueden modificar substancialmente los resultados del cálculo.

Como ya ha sido propuesto para otras máquinas, no es conveniente introducir varios cambios simultáneamente, debido a que luego no es fácil evaluar cual de ellos tiene mayor incidencia en las resultados que se obtienen.

Para acercarse más a la solución buscada se pueden introducir otros cambios como por ejemplo, número de polos, diámetro del inducido, tipo de bobinado (ondulado, imbricado), número tentativo de ranuras por polo, y a partir de los nuevos resultados obtenidos se deben realizar las comprobaciones antes indicadas.

PROBLEMA: 6.4

De un motor de corriente continua de 4 polos se conocen los siguientes datos de cálculo del devanado del inducido:

Bobinado ondulado progresivo
Conductores por elemento 6
Elementos por ranura 2
Número de delgas 35
Paso del colector 18
Paso de bobina en elementos 36
Paso anterior de bobina 17
Paso posterior de conexión 19
Paso de ranura 8
Número de ranuras 35

se desea saber:

PROBLEMA: 6.5

En motores de gran potencia el número de espiras del polo auxiliar o de conmutación es pequeño, y por razones constructivas debe ser entero, para lograr controlar la tensión de reactancia se debe actuar ajustando el entrehierro y/o el número de espiras.

Para una máquina de potencia grande si se disminuye el número de espiras del polo auxiliar de 6 a 5 (20%) para mantener la inducción en el entrehierro del polo auxiliar constante, la variación del entrehierro debe ser del orden de 2.5 a 1.5 veces el entrehierro del polo principal, es decir, que el ajuste de la inducción en el entrehierro se debe hacer actuando sobre ambos factores.

La variación del entrehierro permite también modificar la forma del campo que este polo crea, en cambio si se modifica el número de espiras cambia solamente su valor.

PROBLEMA: 6.6

Se propone utilizar el programa de cálculo de la máquina de corriente continua, obteniendo la característica de diente más entrehierro, a fin de integrar con esta documentación un informe.

Con el lote de datos del archivo "procap6.dat" que corresponde a un motor de corriente continua de 66 kW, se prepara el cálculo.

Se ejecuta el programa de la forma habitual, indicando el nombre del archivo de datos correspondiente, luego indicar el nombre del archivo de salida (por ejemplo el mismo nombre con extensión imp) y por último el nombre del archivo para las tablas (por ejemplo con extensión txt), este ultimo archivo es el que debe levantarse con el Excel.

Desde el Excel se llama el archivo, cliquear "Archivo/Abrir" (para encontrarlo seleccionar tipo de archivo *.txt), en el cuadro de diálogo "Abrir", el asistente para importar pregunta tipo de datos, indicar delimitados, en el paso siguiente indicar separador punto y coma, y se importan los datos.

Con los datos en la planilla se definen los valores que se grafican y se observa la característica de diente más entrehierro figura 415, también se pueden confrontar las características de magnetización y de pérdidas de los materiales magnéticos utilizados para el estator y el inducido.

MAQUINAS ELECTRICAS

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