Pruebas síncronas utilizando tecnología de análisis de circuitos de motores, parte 2

Dec 20, 2023

La edición de junio de 2022 de Pumps & Systems publicó “Las ventajas de los motores síncronos”, un artículo que analiza el crecimiento esperado en el uso de motores síncronos en el mercado del bombeo.

En la edición de noviembre, “Pruebas de motores síncronos utilizando tecnología MCA, Parte 1”, proporcionó una breve descripción de la construcción y operación de motores síncronos, fallas comunes y cómo se pueden usar para ajustar el factor de potencia de los sistemas eléctricos de una planta. La Parte 2 discutirá cómo se puede utilizar el análisis de circuitos de motores (MCA) para evaluar el estado actual de estos motores, así como identificar cualquier problema en desarrollo de manera fácil y rápida antes de que se vuelva problemático.

El análisis del circuito del motor (MCA) es un método de prueba de motores que identifica rápida y fácilmente fallas en desarrollo en las bobinas tanto del estator como del rotor.

MCA utiliza una serie de voltajes de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC) de bajo voltaje aplicados a las bobinas del estator y del rotor para identificar los pequeños cambios que ocurren en el aislamiento del devanado a medida que se degrada el aislamiento entre los conductores.

MCA puede realizar inspecciones entrantes en todos los motores nuevos y reconstruidos en menos de tres minutos utilizando personal de almacén con capacitación mínima.

Los procedimientos y pautas generales para probar motores síncronos son los mismos que para probar y evaluar motores de inducción de CA trifásicos de jaula de ardilla. Sin embargo, se requieren algunos pasos y mediciones adicionales si se detectan fallas. Estos pasos adicionales dependen del tipo de motor y de la ubicación de la falla. Para obtener mejores resultados, todos los motores deben probarse cuando son nuevos para establecer una base de referencia.

Las pruebas MCA tienen múltiples pruebas disponibles para optimizar y agilizar las pruebas y resolución de problemas de motores síncronos. Estas pruebas son:

1. Prueba estática: realiza una serie de pruebas de CA y CC mientras el eje está en posición estacionaria. Los resultados de estas pruebas se ingresan en un algoritmo patentado para proporcionar un número único que define la condición del motor. Este número es el valor de prueba estático (TVS). Los motores trifásicos en buen estado tienen simetría. Cualquier cambio en el estado del aislamiento del estator o del rotor, o grietas en los devanados del amortizador, romperán esta simetría y se reflejarán en el TVS.

2. Prueba dinámica: genera firmas de rotor y estator mientras el eje gira suave y lentamente de forma manual. Estas firmas se analizan automáticamente para evaluar la condición eléctrica de los circuitos del rotor y del estator en una de tres condiciones (buena, desgastada o mala). Las fallas del estator indican fallas en desarrollo en los devanados del estator, mientras que las fallas del rotor indican fallas en desarrollo en los devanados del amortizador o cortocircuitos en las bobinas de campo del rotor.

3. Pruebas de comparación de fases: realiza una serie de pruebas en cinco frecuencias y utiliza la frecuencia de prueba que define con mayor precisión la condición de los devanados del estator. Luego, las siguientes variables se comparan con pautas predeterminadas para evaluar la condición de todos los devanados del estator.

En los sistemas de motores trifásicos, las bobinas que componen cada fase son las mismas y, cuando estén nuevas, responderán a las señales de prueba de CA de bajo voltaje aplicadas exactamente de la misma manera. La señal de CA ejercita todo el sistema de aislamiento del devanado. El desarrollo de fallas en el aislamiento entre conductores cambiará la respuesta de la bobina. Los desequilibrios en los resultados de las pruebas de las bobinas indican la aparición de fallos en el aislamiento del devanado. Se han establecido límites y pautas detalladas para identificar fallas en desarrollo en el sistema de aislamiento del devanado.

Medición de resistencia (R):

Esto se realiza utilizando clips Kelvin especializados que realizan mediciones precisas de la resistencia del circuito bajo prueba. El desequilibrio de resistencia generalmente indica conexiones sueltas o conductores rotos en el circuito.

Medición de inductancia (L):

Esto indica la capacidad de las bobinas individuales para almacenar un campo magnético. La cantidad de inductancia depende de la geometría de las bobinas y del número de vueltas. Hay dos tipos de inductancia:

Autoinductancia: la creación de un voltaje (campo electromagnético [EMF]) en una bobina o un conductor cuando la corriente que fluye a través de la bobina cambia. El campo magnético en las bobinas del estator es principalmente autoinductancia.

Inductancia mutua: la creación de un campo magnético en una bobina o circuito inducido por un campo magnético cambiante de un circuito separado. Se requieren tres condiciones para inducir un campo magnético: un campo magnético existente, una ruta para el flujo de corriente (conductor) y un movimiento relativo.

Durante el arranque, se confía en la inductancia mutua para crear un campo magnético en el rotor utilizando los devanados del amortizador como conductor. El movimiento relativo es creado por las velocidades diferenciales entre el campo magnético en el estator y el eje.

La prueba MCA inyecta una señal de CA puramente sinusoidal de bajo voltaje a las bobinas conectadas entre los cables del instrumento. Esto es autoinductancia.

Se crea inductancia mutua en los devanados del amortizador y en las bobinas enrolladas alrededor de las piezas polares. El número de devanados del amortizador que residen debajo de las bobinas del estator energizadas o de las bobinas bajo prueba puede variar según la posición del rotor y puede crear un desequilibrio de inductancia. Esto podría crear un desequilibrio de inductancia durante la prueba debido a la posición del rotor. Esto puede proporcionar resultados imprecisos en las otras mediciones. Sin embargo, estos resultados imprecisos se pueden identificar y corregir fácilmente utilizando técnicas adicionales fáciles de realizar. Los pequeños cambios que ocurren en las primeras etapas de la falla del aislamiento no afectarán las mediciones generales de inductancia.

Medición de impedancia (Z):

La oposición integral al flujo de corriente en un circuito de CA; La ley de ohmios (corriente = voltaje/resistencia) es válida para circuitos de CC. Las corrientes reactivas creadas por los voltajes de suministro alternos se oponen al flujo de corriente general, por lo que la oposición general al flujo de corriente en los circuitos de CA es la impedancia. Z se ve afectado por la resistencia CC de los conductores y cualquier reactancia capacitiva e inductiva en el circuito medido, así como por la frecuencia del voltaje aplicado.

Ángulo de fase (Fi):

El retardo de tiempo entre la señal de CA actual y aplicada. A medida que se degrada el aislamiento que rodea los conductores del devanado, pequeños cambios en L o C son demasiado pequeños para afectar la L (inductancia), C (capacitancia) o Z (impedancia) general en el circuito, pero afectarán el retardo de tiempo entre los Formas de onda de voltaje y corriente. Las variaciones en la Fi entre fases son una indicación temprana de un cortocircuito en desarrollo.

Respuesta de frecuencia actual (I/F):

La capacitancia y la inductancia almacenan una carga eléctrica y un campo magnético respectivamente. El I/F mide la capacidad de una bobina para almacenar un campo magnético o una carga eléctrica. Cuando las bobinas que forman los polos y fases de los devanados del estator están en las mismas condiciones, almacenarán la misma carga eléctrica y campo magnético. Incluso pequeños cambios en las bobinas L o C afectan la capacidad de la bobina para almacenar un campo magnético o una carga eléctrica. El I/F calcula la relación del cambio en una corriente a partir de la corriente inicial duplicando la frecuencia de la señal aplicada. Las variaciones en la capacidad de una bobina para almacenar una carga eléctrica o un campo magnético son indicadores tempranos del desarrollo de una ruptura del aislamiento entre los conductores del sistema de devanado.

El aislamiento de la pared de tierra es cualquier aislamiento que separa la parte energizada del motor del marco u otras partes expuestas del motor.

Resistencia de aislamiento a tierra (IRG): megaohmios:

Esto mide la parte más débil del GWI. Esta prueba garantiza que no haya debilidades en el GWI que permitirían que el voltaje aplicado al devanado energice la estructura del motor u otras partes del motor. Esta es una medida de seguridad y no indica el estado general del GWI.

Factor de disipación (DF) y capacitancia a tierra (CTG):

Cuando se combina con IRG, DF y CTG, proporciona una mejor indicación del estado general del sistema de aislamiento de la pared del suelo. DF es la relación entre la corriente resistiva y la corriente capacitiva. A medida que un material dieléctrico se degrada o se contamina, el DF aumentará, lo que indica un cambio en la condición general del aislamiento de la pared de tierra. La medición CTG debe permanecer constante durante toda la vida útil del motor. La contaminación hace que el CTG aumente, mientras que la degradación térmica del material aislante hará que el CTG disminuya.

Todos los motores nuevos deben someterse a una prueba MCA de comparación estática, dinámica y de fases. Los resultados de estas pruebas se almacenan para compararlos con pruebas futuras.

Antes de instalar un motor, realice una prueba estática y compárela con su valor estático de referencia (RVS). Si el TVS actual es inferior al 3 % del RVS, la condición del motor no ha cambiado. Instale el motor y realice una nueva prueba estática desde el controlador o una desconexión local. Todas las pruebas futuras de MCA se pueden realizar con una prueba de tres minutos desde el centro de control de motores (MCC) o una desconexión local.

Si este valor está dentro del 3% del RVS, el motor está en la misma condición. Cualquier prueba estática que sea superior al 3% del RVS indica que se han desarrollado fallas en el rotor o en el estator. Luego se puede realizar una prueba dinámica simple para aislar la falla en el rotor o el estator.

William Kruger se unió a ALL-TEST Pro como director técnico en 2004. Puede comunicarse con él en [email protected]. Para obtener más información, visite alltestpro.com.