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Motor de jaula de ardilla(corriente alterna/trifásico).Problemas y solucionesAutor: raul moreno
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Presentación del curso
El motor de jaula de ardilla es un motor de corriente trifásico de corriente
alterna. Este curso de electricidad enseña los problemas o fallos que puede
presentar un motor de corriente de estas características y las respectivas soluciones
que se pueden poner en práctica.
El alumno aprenderá cómo detectar bobinas en cortocircuito mediante la
prueba de Growler. Asimismo, será capaz de localizar el estator a tierra, por
ejemplo, aplicando voltaje reducido entre los terminales del motor y tierra. De igual
manera, el curso enseña cómo localizar bobinas de estator abiertas, que,
evidentemente, no permiten el encendido del motor. Además, y entre otros
elementos relacionados, se estudiarán una serie de problemas en los rotores de
jaula de ardilla de este tipo de motores de corriente alterna trifásicos.
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1. Bobinas en corto (cortocircuito). Prueba conGrowler
PROBLEMAS Y SOLUCIONES QUE SE PRESENTAN EN LOS MOTORES DE
JAULA DE ARDILLA
INTRODUCCION
Cuando un motor falla al arrancar, se deben revisar fusibles, breakers relés
de sobrecarga y el resto de los fusibles de control. Para chequear el motor,
desconecte las puntas desde el controlador y haga chequeos de continuidad y
prueba de tierra. (Procedimiento de verificación de aislamiento). La verificación de
continuidad entre fases se puede hacer con el Megger (un valor de cero indica que
está bien, una lectura de valor alto significa que el circuito está abierto).
BOBINAS EN CORTO
Las bobinas en corto se detectan por alto consumo de corriente. Una bobina
en corto que no se ha incendiado, o se ha decolorado por sobre calentamiento,
puede ser detectado por un growler.
El growler es una bobina alrededor de un hierro que se conecta a una fuente
de AC. Cuando se coloca en el bobinado, la bobina del growler actúa como el
primario de un transformador y las bobinas del motor en prueba actúan como el
secundario. El growler se desplaza de ranura en ranura y vibra cuando se detecta
una bobina en corto.
Si no se dispone de un growler, se aplica voltaje reducido al estator,
aproximadamente el 25% delvoltaje nominal, con esto se puede llegar a que la
bobina en corto se caliente más rápido que las otras. El rotor debe ser removido
para esta prueba.
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Figura 1: En la figura se puede observar el daño producido en el estator por la
fricción del metal del rotor contra el hierro del estator. Estas partes se ponen al
rojo vivo, incendiando las bobinas, produciendo cortocircuitos entre ellas, y
llevándolas a tierra.
GROWLER: Cuando el flujo magnético alterno del growler abarca la bobina, el
cambio de flujo a través de la bobina genera un voltaje alterno en ella. Si la bobina
está en corto, se completa el circuito y una corriente alterna aparece.
Figura 2: Principio de operación del Growler.
Esta resultante magnética abraza a los conductores de la ranura, la cual atrae
y rechaza un pedazo de hoja de segueta o cuchilla que pongamos sobre la ranura,
produciendo una vibración en sincronismo con la corriente alterna. Una fuerte
vibración (growling) indica que la bobina está en corto. En la figura 2 se puede
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observar el principio de operación del Growler. En la figura 3 se muestra la forma de
utilizar el Growler como herramienta para detectar una espira en corto-circuito.
Figura 3: Forma de utilizar el Growler para detectar bobinas en corto.
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2. Cómo localizar el estator a tierra
Un estator a tierra puede ser localizado aplicando voltaje reducido entre los
terminales del motor y tierra. Se ajusta el reóstato de tal manera que la corriente
que fluya sea tal para observar el calentamiento, o el humo en el punto de falla.
Referirse a la figura 4 para ver la forma de conexión del circuito de prueba para
detectar estator a tierra.
Figura 4: Forma de conexión para detectar estator a tierra.
Antes de realizar esta prueba el motor debe ser aislado de tierra, sobre
madera seca o un elemento aislante adecuado.
Figura 5: Estator con falla a tierra como resultado del roce del rotor contra el
devanado del estator. El estator de la figura corresponde a un motor de 13.8
KV- 6,9 MW y 1750 RPM.
La búsqueda de estator a tierra para motores que han sido reparados o
recién rebobinados, las acciones que se pueden seguir, inician con el empleo de
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recién rebobinados, las acciones que se pueden seguir, inician con el empleo de
una herramienta muy útil que también puede ser usada para detectar contactos a
masa, es la lámpara de prueba, como la podemos observar en la figura 6. El
procedimiento para su uso es conectar un terminal de la lámpara a la carcasa del
motor, y el otro a uno de los bornes de éste. Si la lámpara se enciende, es señalde
que una de las fases del motor está en contacto a masa. Para mayor seguridad se
debe repetir la operación con los tres bornes del motor.
Figura 6: Lámpara de prueba para detectar contacto a masa en un motor.
Si al realizar la prueba se detecta que está presente este defecto, se debe
localizar para corregir antes de realizar nuevas pruebas. Se debe revisar el estator
tratando de encontrar la falla por inspección visual. Si el resultado es negativo, se
debe desconectar cada fase y comprobarlas por separado.
Si el motor está conectado en estrella, se desconectan las fases por el punto
neutro y luego se verificará cada fase de manera individual, ver figura 7.
Figura 7: Verificación individual de las fases contra masa en un motor
conectado en estrella, las tres fases se han desconectado de la estrella.
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Figura 8: Verificación individual de las fases contra masa en un motor
conectado en delta, las tres fases se han desconectado de los puntos de
alimentación.
Para motores conectados en triangulo, se debe proceder a separar las fases
por los puntos de alimentación y luego se comprueban sucesivamente. Ver figura 8.
Una vez identificada la fase defectuosa, será preciso localizar la bobina donde
reside la avería. Para ello se empieza por desempalmar las conexiones entre los
grupos de la fase defectuosa, como se puede apreciar en la figura 9.
Figura 9: Identificando el grupo defectuoso. Se deben desempalmar primero las
conexiones entre los grupos de la fase correspondiente.
Posteriormente se verifica cada grupo de manera separada, con el auxilio de
la lámpara de prueba. Una vez identificado el grupo defectuoso, podrá localizarse
de manera fácil la bobina averiada soltando todas las que corresponden al grupo
citado y verificándolas sucesivamente. Conocida la Bobina que se halla en contacto a
masa, se reemplazará por otra nueva o se aislará de manera conveniente, renovando
al mismo tiempo el aislamiento de la ranura correspondiente. Ver figura 10.
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Figura 10: Bobinas del grupo totalmente desconectadas para detectar la que
está a tierra.
Una causa frecuente de contacto a masa la puede originar el desplazamiento
eventual de una chapa del núcleo, que al sobresalir de la ranura presiona sobre el
devanado y corta el recubrimiento del aislante con su parte aguda. Una solución es
hacer retroceder la chapa metálica hasta que vuelva a ocupar su posición correcta.
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3. Cómo localizar bobinas de estator abiertas
Cuando hay una línea abierta el motor no arranca. Se debe escuchar un ruido
como de toro salvaje (hum) y tiene los síntomas parecidos a cuando se vuela un
fusible de una de las tres fases.
Cuando una línea se abre mientras el motor está con carga causa arco e
incendia el aislamiento cercano a la falla.
Figura 11: Conexión de estator trifásico de bobinas simples, mostrando una
bobina abierta. A la izquierda conexión en estrella y a la derecha conexión
delta.
Pero si no es apreciable por inspección visual, se pueden realizar una serie de
pruebas para determinar el sitio exacto de la falla.
Tomemos inicialmente el caso para un estator de bobinas simples como se
puede observar en la figura 11.
Lo primero es saber si el devanado es delta o estrella. Una lectura con el
megger puede ser tomada entre T1 y T2, T2 y T3, T3 y T1.
Una conexión delta indica cero para todas las combinaciones, y
paraestrella debe indicar cero para una combinación solamente T1 y T3. Ver
figura 11.
Si el estator está en delta las conexiones A, B, C deben ser abiertas y las
nueve líneas incluyendo las tres de entrada deberán ser marcadas para que puedan
ser reconectadas de la misma forma después que sea reparado.
Los seis cables del estator deberán ser probados con el Megger para
continuidad, los dos ables que indiquen infinito, después de probar entre cada una
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continuidad, los dos ables que indiquen infinito, después de probar entre cada una
de ellas, nos lleva a la fase que está abierta.
Figura 12: Bobinas del grupo totalmente desconectadas para detectar la
que está abierta.
Luego se puede determinar la bobina que está abierta usando el Megger,
colocando una punta de éste en el punto de inicio de la bobina y con la otra punta ir
tocando sucesivamente las conexiones entre grupos hasta encontrar una lectura
alta. Vea figura 12. La falla estará entre juntas adyacentes que den lecturas de cero y
valor alto respectivamente en el Megger.
Si el estator está conectado en estrella, la fase abierta estará en la fase que
indica infinito cuando el Megger se prueba con las otras dos fases. El punto de la
línea abierta puede ser determinado probando la fase abierta con un Megger
siguiendo el procedimiento antes realizado y con la ayuda de la figura 12.
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Figura 13: Conexión de estator trifásico de bobinas en paralelo, mostrando una
bobina abierta. A la izquierda conexión en estrella y a la derecha conexión
delta.
Cuando se tienen motores con arreglos de bobinados serie-paralelo como se
ilustra en la figura 13, tales máquinas podrían operar con una bobina abierta pero
no podrán dar toda su potencia. Luego la solución será abrir las conexiones en los
puntos A, B y C y seguir las recomendaciones que se anotaron para la de un
devanado simple que se enunciaron arriba.
Es importante que los cables sean debidamente marcados con el fin de poder
hacer la reconexión posterior.
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4. Problemas en rotores de jaula de ardilla
Las barras rotas en un rotor de jaula de ardilla hacen que operen de manera
no satisfactoria. La máquina es ruidosa, tiene bajo torque de arranque y no alcanza
la velocidad al voltaje nominal, frecuencia y carga. A las barras rotas que por
inspección visual no se puedan detectar se les puede aplicar el 25% de la corriente
nominal a dos fases, y se mide la corriente mientras el rotor es girado lentamente
con la mano.
Figura 14: Para verificar barra rota en el rotor se debe aplicar el 25% de
la corriente nominal a dos fases y se mide la corriente mientras el rotor es
girado lentamente con la mano.
Una barra rota causa variaciones en la lectura del amperímetro tan pronto el
rotor es girado. El número de variaciones en una revolución es igual al número de
polos en el estator. La reparación de las barras rotas consiste en un proceso de
soldar estas a los anillos de cortocircuito. Para los motores grandes esta actividad
puede significar una tarea bastante laboriosa.
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Figura 15: Signos de rozamiento del rotor contra el estator. Si este
rozamiento llega a ser muy severo puede llegar a producir una fractura interna
de las barras de la jaula de ardilla. El rotor corresponde a un motor de 460
Voltios, 50HP y 3575 RPM.
Figura 16: Rotor de motor con jaula deformada y jaula rota. El rotor
corresponde a un motor de 13.8 KV- 6,9 MW y 1780 RPM.
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