Siempre es importante identificar la causa real de los devanados quemados y no solo reemplazar el motor eléctrico. Los devanados del motor tienen una apariencia diferente en todas estas situaciones de falla: quemado monofásico, sobrecarga, voltaje desequilibrado y picos de voltaje. El daño por picos de voltaje ocurre con mayor frecuencia en motores controlados por variadores de frecuencia. Todos estos problemas son causados por fallas en la planta que requieren corrección, es por ello que un motor de reemplazo puede fallar a veces inmediatamente si no se corrige el problema en la planta.
Es muy importante identificar con precisión los problemas que requieren la extracción y el reemplazo de un motor. Los problemas de bobinado que se identifiquen deben documentarse para poder determinar las áreas a mejorar.
A continuación se mencionan algunas fallas o problemas de bobinado que se pueden encontrar en un motor trifásico:
Espiras en corto
Un corto es una avería común del devanado y requiere rebobinar o reemplazar el motor. Las vueltas en corto son causadas por alambre de bobina mellado, picos de alto voltaje, contaminantes conductores, bobinado sobrecalentado, aislamiento envejecido o alambres de bobina sueltos y vibrantes.
La mayor parte de la resistencia al flujo de corriente en un motor de Corriente Alterna la proporciona la reactancia inductiva. La resistencia del cable en una fase completa es un porcentaje muy pequeño de la impedancia total del motor (resistencia más reactancia inductiva). La reactancia inductiva hace que cada vuelta sea muy significativa en la demanda de amperios del motor. Cada vuelta proporciona mucha más reactancia inductiva que resistencia.
Una alta corriente circulante se transforma en el bucle. El flujo de corriente transformada en las espiras dentro de una bobina en cortocircuito (bucle dosificado) aumenta los amperios de la fase.
La energía consumida por la corriente circulante aumenta los amperios de la fase defectuosa, lo que facilita la identificación del problema. La corriente circulante en el circuito cerrado a menudo derrite el circuito abierto. Cuando esto sucede, se eliminan la corriente circulante y los giros dentro del circuito cerrado.
Ahora solo la resistencia del cable (vueltas) dentro del circuito cerrado se elimina del devanado de fase. Sin la demanda de amperios de la corriente circulante, la diferencia se reduce entre los amperios de la fase defectuosa y los de las fases normales.
Una diferencia muy pequeña en la resistencia es todo lo que se necesita para identificar la fase defectuosa. El rotor debe girarse durante esta prueba para eliminar su efecto. Las espiras en cortocircuito en cualquier devanado de Corriente Alterna suelen ser visibles. Se carbonizan rápidamente por la alta corriente circulante que se transforma en ellos.
Tierra (devanado en cortocircuito con la carcasa)
Cuando un motor está “conectado a tierra”, el devanado se pone en cortocircuito con el núcleo laminado o con el bastidor del motor. El problema generalmente se encuentra en una ranura, donde el aislamiento de la ranura se ha roto. El agua es la causa más común de un devanado conectado a tierra. Una tierra sólida requiere rebobinar o reemplazar el motor.
Algunas de las causas de las averías del aislamiento de las ranuras son el sobrecalentamiento, los contaminantes conductores, los rayos, el envejecimiento, la presión de un ajuste apretado de la bobina, los puntos calientes causados por el daño de la laminación (por una falla anterior del devanado) y el movimiento excesivo de la bobina.
El movimiento excesivo de la bobina a menudo es causado por el crecimiento térmico y / o el par de torsión de la bobina, provocado por una inversión (taponamiento) o una interrupción momentánea de energía.
Corto entre fases
Un cortocircuito entre fases se debe a la ruptura del aislamiento en los extremos de la bobina o en las ranuras. Este tipo de falla requiere rebobinar o reemplazar el motor. El voltaje entre fases puede ser muy alto. Cuando se produce un cortocircuito, se evita una gran cantidad de bobinado. Ambos devanados de fase generalmente se funden para abrirlos, por lo que el problema se detecta fácilmente.
Entre las causas de la ruptura de la interfase se encuentran los contaminantes, el ajuste apretado (en la ranura), la edad, los daños mecánicos y los picos de alto voltaje. Las bobinas que forman los polos de cada fase se colocan una encima de la otra en todos los motores trifásicos.
El aislamiento de fase a fase es importante porque existe un potencial de voltaje de línea entre las fases, independientemente de la potencia del motor. Se produce un cortocircuito de fase a fase en la ranura con más frecuencia que en los extremos de la bobina. Cuando ocurre una avería en la ranura, el cobre generalmente se derrite y se fusiona con las laminaciones de la ranura.
Este cobre debe conectarse a tierra y quitarse antes de rebobinar el motor, o se convierte en un punto caliente y deteriora el nuevo aislamiento.
Bobinado abierto
Una causa común de un devanado abierto son las orejetas de plomo de tamaño insuficiente. Las conexiones carbonizadas en la caja de conexiones (terminales) del motor son una indicación segura de este problema. Los devanados abiertos también son causados por espiras en cortocircuito, cortocircuitos de fase a fase, cortocircuitos de tierra a marco, conexiones internas defectuosas de bobina a bobina, sobrecargas severas y bobinas dañadas físicamente.
Estas fallas requieren rebobinar o reemplazar el motor. Un devanado abierto mostrará varios síntomas diferentes (dependiendo de la conexión interna del motor). Se utiliza un microhmetro para identificar este problema. Un motor con una gran cantidad de circuitos en paralelo, es decir, cuatro y ocho en estrella, mostrará menos pérdida de potencia cuando un circuito está abierto. Las conexiones de circuito multiparalelo se utilizan en motores de más de 5 hp. Los devanados de un motor gravemente sobrecargado (que funciona con 250 voltios) generalmente se carbonizan por completo antes de que se abra un devanado.
Sin embargo, un motor sobrecargado que funcione con 490 voltios, a menudo no tendrá señales de cables quemados antes de que sus bobinados se abran. En cualquier caso, la protección contra sobrecarga no funciona y el motor debe rebobinarse o reemplazarse.
Las orejetas de conexión de los cables del motor deben ser lo suficientemente gruesas (en toda la conexión) para representar el área circular en mil (tamaño) del cable conductor del motor. Si alguna parte de la orejeta es demasiado pequeña, se convierte en una resistencia en serie con el motor y la corriente se restringirá cuando el motor más la necesite: para iniciar la carga.
Bobinados quemados por operar en monofásico
Cuando se abre una línea de una fuente de alimentación trifásica, la energía se vuelve bifásica. Si esto sucede mientras el motor está funcionando, su salida de potencia se reduce aproximadamente a la mitad. Continuará ejecutándose, pero ya no podrá iniciarse por sí solo. Como un motor monofásico sin su bobinado de arranque energizado, no tiene un campo magnético giratorio para arrancar.
Daño monofásico a un motor de nueve conductores conectado en estrella
En la conexión en estrella se energizan dos fases de los devanados; la tercera fase no tiene flujo de corriente. Si el dispositivo de protección del motor no funciona, las dos fases que transportan corriente se sobrecalentarán y carbonizarán. La fase sin flujo de corriente se verá normal.
Daño monofásico a un motor de nueve conductores conectado en triángulo
En la conexión delta, con una fase abierta, la fase A tiene una corriente extremadamente alta que fluye a través de ella. Las otras dos fases tienen aproximadamente la mitad. La fase con alta corriente se sobrecalentará y carbonizará si el dispositivo de protección del motor no la desconecta.
Las fases que llevan menos corriente se verán normales.
Motor sumergido
Si un motor trifásico se sumergió en agua pero no se energizó, es muy probable que no sea necesario rebobinarlo o reemplazarlo. Limpiar y hornear los devanados puede ser todo lo que se necesita.
El motor debe desmontarse lo antes posible. Si el motor tiene cojinetes de bolas, deben reemplazarse. Si tiene cojinetes de manguito, el material que absorbe el aceite picará u oxidará el área del eje ubicada en la ventana del cojinete. Reemplace el material de la mecha de aceite inmediatamente. Si el motor tiene un depósito de aceite y un anillo de aceite, el depósito debe limpiarse a fondo. Los devanados deben probarse primero con un ohmímetro.
La temperatura de horneado no debe superar los 93°C. La prueba del ohmímetro debe leer infinito después de hornear. Una vez que los devanados se hayan limpiado, secado y probado, necesitarán una capa de barniz de secado al aire. Cuando el agua empapa el aislamiento de la ranura, los devanados de cobre y el núcleo se convierten en una forma de batería. Se puede leer un pequeño voltaje (con un milivoltímetro) entre el devanado y el marco cuando el aislamiento de la ranura está húmedo.
Una lectura de cero indica que el motor se ha horneado el tiempo suficiente. Se puede utilizar un megóhmetro, un potenciómetro alto o un probador de sobretensión cuando una prueba de ohmímetro muestra infinito.
Problemas de rotor más comunes
Barras de rotor abierto
Las barras de rotor abiertas o los anillos de los extremos generalmente necesitan reemplazar el motor. Se pueden reparar, reformar o rebarbar. Es importante que cualquier metal reemplazado sea el mismo que el original.
Las barras de rotor abiertas generalmente son causadas por:
- Agotamiento por sobrecarga.
- Arcos en la ranura de un bobinado en corto.
- Vibración de barra suelta.
- Estrés de crecimiento térmico (desde el inicio).
- Defectos en el material de la barra (defecto de fundición).
- Malas conexiones con anillos terminales.
Las barras de rotor abiertas provocan pérdida de potencia. Si hay demasiadas barras de rotor abiertas, un motor cargado consumirá amperios lo suficientemente altos como para abrir su dispositivo de protección. Sin carga, los amperios serán muy bajos. El arranque lento y las RPM inferiores a las nominales son una señal de que las barras del rotor están rotas.
Anillos de extremo abierto
Los anillos de extremo abierto generan un par desigual y cierta pérdida de potencia. Un anillo con un punto abierto pronto desarrollará más puntos abiertos. Cada vez que el punto abierto cruza un punto de 90° entre polos, la corriente se duplicará en el área del anillo entre los dos polos siguientes.
Las causas de los anillos de los extremos abiertos y / o los anillos de los extremos agrietados incluyen:
- Fundición defectuosa.
- Motor quemado por sobrecarga.
- Motor rediseñado para una mayor velocidad (sin mayor tamaño del anillo terminal).
- Material del anillo perforado para equilibrarlo; estrés por crecimiento térmico.
- Daños mecánicos.
Una burbuja o un vacío en un anillo terminal puede causar una vibración eléctrica. Este tipo de vibración no se puede corregir mediante el equilibrio. Puede detectarse cortando la energía y permitiendo que el motor se detenga. Las vibraciones eléctricamente musitadas siempre cesarán tan pronto como se corte la energía.
Rotor / estator desalineado
Un motor con un rotor desalineado consumirá muchos amperios y perderá potencia. El camino magnético se distorsiona, lo que hace que aumenten los amperios de magnetización. Los devanados del estator se carbonizarán y parecerán quemados por sobrecarga.
Las posibles causas de un rotor desalineado incluyen:
- Colocación incorrecta de laminillas del rodamiento.
- Cojinetes no instalados correctamente en el eje (carrera extendida en el lado equivocado).
- Ancho de rodamiento incorrecto.
- El cojinete cautivo no se mantiene como se colocó originalmente.
- Campanas finales intercambiadas.
- El núcleo del estator se movió en su caparazón.
- Un rotor se movió sobre su eje.
- Un rotor reemplazado por un rotor más corto. Un rotor con el mismo diámetro pero más largo que el original funcionará, pero se pierde algo de eficiencia.
Arrastre del rotor sobre el estator
Si el rotor arrastra el estator y los cojinetes no están desgastados, es una práctica común “rozar” el rotor en un torno. El proceso aumenta el espacio de aire, lo que aumenta los amperios sin carga. Los amperios aumentados son similares a un rotor y un estator desalineados. El circuito magnético se degrada, por lo que se necesitan más amperios para magnetizar el hierro del motor.
El motor funcionará más caliente de lo normal, porque el motor está consumiendo más amperios magnetizantes. Si la carga está al máximo o hay condiciones adversas (como bajo voltaje o arranques frecuentes), se debe reemplazar el motor. Habrá alguna pérdida permanente de potencia y eficiencia.
Rotor suelto en el eje
Un rotor suelto en un eje produce un sonido retumbante o vibrante. El sonido cesará después de que se apague la alimentación (mientras el motor está en marcha). Si el motor ha funcionado de esta manera durante mucho tiempo, se formará un polvo rojo entre el eje y el hierro del rotor. Este polvo es hierro oxidado, causado por la acción de rozamiento entre el eje y el hierro del rotor. Lo mismo sucede cuando una polea o un cojinete están sueltos en un eje.
La decisión de reparar un rotor suelto depende del precio de un motor de reemplazo y de la importancia del motor en la operación de la planta.
Las opciones para esta falla son:
- Reemplazar el rotor (y el eje).
- El rotor se puede perforar y colocar un nuevo eje en él.
- Introducir una delgada cuña de metal entre el eje y el rotor para asegurarlo.
El acuñamiento del rotor puede compensarlo lo suficiente como para hacer que se arrastre sobre el estator. Entonces sería necesario rozar el rotor, en un torno, para evitar que se arrastre. El rotor debe estar perforado y equipado con un eje nuevo. En la mayoría de los casos, es más económico reemplazar el motor.
Fuentes:
Mantenimiento y resolución de problemas del motor eléctrico por Augie Hand
Detección de barras rotas de rotor con protección de ajuste a cero por Carlos Pezzani, Pablo Donolo y Guillermo Bossio (Universidad Nacional de Río Cuarto) y Marcos Donolo, Armando Guzmán y Stanley E. Zocholl (Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.)
https://electrical-engineering-portal.com/troubleshooting-winding-problems-three-phase-electric-motors
