FABRICACION BOBINADOS

En la producción y desarrollo de nuevos sistemas de aislamiento existe una carrera por conseguir sistemas de aislamiento con mejores características a precios competitivos. En los bobinados de motores se está trabajando en diversos campos: mejora de la refrigeración de los aislantes, mejores propiedades dieléctricas que permitan alargar la vida, conocimiento de los procesos internos, ensayos más eficaces que evalúen la condición de nuestro sistema... Así se podría conseguir una larga lista de temas interesantes que marcarán la mejora de las prestaciones de las M.R., que harán las más fiables reduciendo la tasa de fallos debido al aislamiento.

Existen nuevos requerimientos conforme aparecen nuevos desarrollos en el sector fabricante:

·         Costes menores: Utilización de paredes más delgadas, con materiales que puedan soportar mayores temperaturas. El coste se reduce por la reducción de volumen de material utilizado, siempre y cuando este nuevo material no sea mucho más caro.

·         Tiempos de fabricación y de aplicación menores, usando nuevos procesos.

·         Mayores tensiones: Sistemas que aguanten campos eléctricos mayores por unidad de espesor de aislante. Existe un incremento en el uso de máquinas de alta tensión (particularmente generadores) en el rango de 26-30 kV, debido al ahorro que conlleva el no tener que utilizar transformadores y reductores.

·         Reguladores de los motores: Este tipo de controles provocan picos de tensión que pueden dañar el aislante entre conductores (turn insulation).

1.1.1       Aplicación de la resina

En un aislamiento gran parte de la tensión se concentra sobre los huecos de aire, ya que son éstos los que menor rigidez dieléctrica presentan. El objetivo de la fabricación de un aislante es que su contenido en huecos sea muy reducido.

1.1.2       VPI (Vaccum Pressure Impregnation)

La bobina se envuelve con cinta de mica porosa, con fibra de vidrio o algún soporte parecido. Se introduce la bobina en un tanque que contiene la resina líquida. La temperatura del tanque ha de ser la adecuada para que la viscosidad de la resina sea la correcta, de manera que la resina pueda fluir por todos los huecos del aislante, ayudados por la aplicación de presión. El aire que existe alrededor de las bobinas se expande en el tanque y se libera a la atmósfera. Se aplica más presión mediante aire o gas presurizado, para así asegurar que la resina llega a todos los huecos. Una vez que la resina está compactada, se retira ésta del tanque y luego se coloca en un horno de curado.

Problemas que se presentan:

·         Necesidad de un tanque de resina grande. La resina epoxy es lenta en curar y en incrementar su viscosidad. Se debe evitar su polimerización, aplicándole calor adecuadamente. Para ello se mantiene la resina en un tanque externo grande y luego se bombea la resina hasta el tanque VPI. Existe una recirculación para mantener la temperatura del tanque adecuadamente.

·         Dificultad de mantener la viscosidad de la resina. Para ello se necesita incorporar un disolvente o reactivo que se diluya, como moléculas de epoxy de bajo peso molecular. Estos añadidos se han de retirar de los bobinados impregnados. Las tendencias actuales van dirigidas al desudo de estos disolventes, para que no se liberen a la atmósfera. Ahora se están utilizando técnicas sin disolventes, en las cuales se añaden a las resinas materiales que pueden polimerizar con ellas y que además dan una viscosidad baja a las resinas.

En este tipo de fabricación es habitual que el estator sufra dos o incluso más procesos de impregnación y curado. Antes del curado final de la resina, pero después del VPI, se puede aplicar la cinta semiconductora a la zona recta de la bobina. Después se aplican las capas necesarias de recubrimiento protector en las cabezas de los bobinados. Por último se deja a secar en el horno a presión elevada.

Las bobinas, una vez aisladas, se introducen en las ranuras del estator y se interconexionan.

Impregnado por inmersión

Se utilizan tanques de resina grandes, en los que ésta tiene un curado más lento. Para alcanzar el mojado del bobinado hemos de darle una viscosidad más baja que el proceso anterior. Las sustancias disueltas no se desprenden como en el VPI.

VPI Global

Se utiliza en motores por debajo de los 4 kV. Las bobinas se encintan y se colocan alrededor dentro de las ranuras. Se realizan las operaciones necesarias, de manera que las bobinas queden adecuadamente entrelazadas y dispuestas. Se calienta el estator durante un tiempo suficiente para eliminar la humedad. A continuación se incluye en un autoclave (tanque) al vacío y se inunda éste con la resina. Se aplica la presión adecuada para que la resina llegue a todos las zonas deseadas. Una vez transcurrido el tiempo suficiente, se retira el conjunto del autoclave y se somete al proceso de curado en horno, donde los volátiles se desprenden del aislante.

Cintas de mica

Con el uso de este sistema se ha logrado reducir el tamaño físico de las máquinas eléctricas, mientras se ha podido incrementar las capacidades de potencia del sistema.

Para la fabricación de bobinas individuales en grandes motores y generadores se utilizan cintas porosas con impregnación posterior. (1.2.2)

La cinta aislante que se aplica a la bobina está formada por resina epoxy no curada, fibra de vidrio y papel de mica. Una vez encintada la bobina se aplica calor y presión al aislante. De esta forma la resina epoxy se suaviza y fluye mediante presión por todas las partes del aislante, eliminando los huecos existentes. La resina formará un volumen rígido con las láminas de mica entremezcladas, que se agruparán formando el sistema aislante.

Puede haber dos modalidades, una rica en resina, en la cual no es necesaria la aportación de más resina y otra más pobre en resina en la cual el sistema se aplica mediante VPI. Generalmente se opta por la segunda porque con ella se obtienen mejores resultados.

Recubrimiento con polvos

Es un proceso bastante reciente. Se utiliza la electrodeposición para aplicar una capa de polvo de resina epoxy, para que luego sea curado en un horno. Tiene numerosas ventajas; el aislante tiene una capa gruesa y no viene dado por varias capas superpuestas unas sobre las otras. El proceso es rápido y además está libre de disolventes. El inconveniente que presenta es que el material es granular y para convertirlo en líquido habrá que aplicarle temperaturas elevadas.

1.1.3       Colocación y acuñado de las bobinas

En los sistemas aislantes de las grandes máquinas las técnicas de colocación de las barras en el estator son de gran importancia para conseguir una vida útil prolongada. Es importante el acuñado y fijación de las bobinas. Las cuñas se utilizan para el apriete de las bobinas contra el cuerpo del estator, para que así éstas no se salgan de las ranuras. La fijación de las cabezas de las bobinas se hace por medio de cintas de fibra de vidrio impregnadas en resina, acopladas a una estructura rígida.