ranura

Una ranura es un canal o surco cortado axialmente en el núcleo de acero laminado de una máquina eléctrica rotatoria, ya sea estator o rotor. Cumple dos funciones críticas: aloja los devanados de alambre de cobre que generan campos magnéticos y proporciona un pasaje para que el aire de enfriamiento fluya a través de la máquina durante la operación. Sin ranuras, no habría forma de insertar bobinas en el material del núcleo y la disipación de calor se vería gravemente comprometida.

Las ranuras se cortan en la superficie interior del estator (la parte estacionaria de motores y generadores) y, a veces, en la superficie exterior del rotor (la parte giratoria). En un motor de inducción trifásico, el estator suele tener ranuras distribuidas uniformemente alrededor de su diámetro interior, a menudo 24, 36 o 48 ranuras, dependiendo de la potencia nominal y la velocidad del motor. Las ranuras del rotor en los motores de inducción de jaula de ardilla son más superficiales y alojan barras de aluminio o cobre que forman el devanado del rotor. El número de ranuras afecta la distribución del campo magnético e influye en las características de ruido y vibración.

El diseño de las ranuras implica una geometría específica: profundidad de la ranura, ancho de la ranura y la forma de la abertura de la ranura (que puede ser rectangular, trapezoidal o semicircular). Un diente es el material del núcleo entre dos ranuras adyacentes. Si las ranuras son demasiado anchas en relación con el diente, el flujo magnético se concentra de manera desigual y la máquina se vuelve ineficiente; si las ranuras son demasiado estrechas, la resistencia del devanado aumenta debido a la sección transversal de cobre apretada. Las ranuras de ventilación pueden estar completamente abiertas a lo largo de la longitud axial, o parcialmente bloqueadas por ventiladores o conductos de enfriamiento, dependiendo del método de enfriamiento requerido.

Llenado de ranuras y límites térmicos

El factor de llenado de ranuras, típicamente del 45 al 55 por ciento para máquinas industriales, describe qué proporción de la sección transversal de la ranura está ocupada por el aislamiento del alambre de cobre y los espacios de aire, en comparación con el espacio vacío. Un mayor llenado significa más cobre en la misma ranura, lo que reduce las pérdidas pero dificulta la inserción del devanado y crea puntos calientes durante el ciclo térmico. El aislamiento de las ranuras (papel kraft o revestimientos de nomex) evita que el cobre entre en contacto con el núcleo de hierro, lo que causaría cortocircuitos y fallas catastróficas.

La descarga parcial y el seguimiento eléctrico son modos de falla comunes en los que el aislamiento de las ranuras se degrada por el estrés de voltaje, la humedad o el ciclo térmico. Las máquinas industriales que operan por encima de 400 voltios requieren revestimientos de ranura robustos y una conexión a tierra adecuada del núcleo. En máquinas de alta velocidad, las fuerzas centrífugas pueden hacer que las bobinas se desplacen dentro de las ranuras, lo que provoca la abrasión del aislamiento en las paredes de las ranuras. Los diseños preventivos a veces incluyen cuñas o anillos de retención para mantener los devanados firmemente en su lugar.