Cómo Probar y Evaluar el Núcleo del Estator Usando la ...

Cómo Probar y Evaluar el Núcleo del Estator Usando la Prueba de Lazo

Abril 15-2020

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Carlos Ramirez - Technical Support SpecialistElectrical Apparatus Service Association, Inc.

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Introducción• La eficiencia energética es un tema de interés

mundial. • Se trabaja para racionalizar el uso de la

energía eléctrica.• La mayor cantidad de energía se consume en

bombas, ventiladores, compresores, etc. • Los motores eléctricos se utilizan en la

industria, el campo, el transporte y en el sector comercial

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Problema de la Reparación/Rebobinado

• Los usuarios se quejan que los motores reparados/rebobinados pierden eficiencia

• En 2003 se llevó a cabo el Estudio de Rebobinado EASA/AEMT Y Guía de Buenas Prácticas Para Conservar La Eficiencia del Motor

• Actualmente se lleva a cabo una actualización del mismo

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• Disponible en la página Web de EASA EASA

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El estudio demuestra:• Que motores reparados/rebobinados con

buena prácticas no se degradan• Que incluso se puede mejorar su eficiencia• Incluye prácticas recomendadas y

consideraciones para las reparaciones • No incluye la reparación de motores que

trabajan en atmósferas peligrosas/Ex-proof

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Eficiencia

• La eficiencia de cualquier máquina se puede expresar como: Potencia de salida/Potencia de entrada

• En un motor la potencia de salida útil es la potencia entregada por el eje (T x RPM).

• La potencia de entrada se expresa en watts y siempre excede a la potencia de salida

• Para poder expresar las dos potencias en las mismas unidades se utiliza el factor de conversión: kW = hp*0.746

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Eficiencia

• En la práctica dividir simplemente la potencia de salida entre la potencia de entrada no es preciso

• La precisión de las medidas es importante ya que cualquier error en cualquiera de las dos medidas aunque sea muy pequeño puede tener un gran efecto en la relación de las dos potencias

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Pérdidas en los motores eléctricos

Las pérdidas en los motores eléctricos se pueden segregar en 5 categorías, tres de ellas que dependen de la carga (varían muy de cerca con el cuadrado de la carga o con la corriente de carga e incluyen:- I2R en el estator o pérdidas en el cobre- I2R en el rotor - Indeterminadas

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Las otras dos clases de pérdidas se consideran constantes o independientes de la carga, estas son:- Las pérdidas en el núcleo- Las pérdidas por fricción y ventilación- El porcentaje individual de estos 5 tipos de

pérdidas varían de acuerdo con la velocidad y el tamaño del motor

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Las pérdidas para motores trifásicos medianos se pueden agrupar en la siguiente Tabla

Tipo de Pérdida % de las pérdidas totals

I2R- Estator 35

I2R- Rotor 25

Núcleo o hierro 20

Pérdidas indeterminadas 10

Fricción y ventilación 10

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Núcleo del estator

Núcleo fabricado con laminaciones de acero eléctrico de grano no orientado con aleaciones de bajo carbono, hierro silicio o hierro aluminio

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Pérdidas en el núcleo

Dependen de:• Las propiedades ferromagnéticas de los

materiales usados: Calidad, grado y espesor de las laminaciones

• Procedimientos de fabricación• La norma ASTM A976-13 especifica los

barnices utilizados en los aceros magnéticos.• La Norma ASTM A677-12 especifica las

pérdidas según el espesor

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Barnices para aislamiento interlaminar

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Espesor y Pérdidas en el Núcleo

Espesor pulgadas (mm) Pérdidas en el núlceo max. a 1.5 T y 60 Hz W/lb (W/kg)

0.0140 (0.36) 1.45 (3.20) to 2.05 (4.52)0.0185 (0.47) 1.65 (3.64) to 4.50 (9.92)0.0250 (0.64) 2.00 (4.41) to 5.50 (12.13)

Ref. ASTM A677-12

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Histéresis

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Corrientes de Eddy:

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Pérdidas en el núcleo-Corrientes de Eddy

- Varían con el cuadrado del espesor de las laminaciones

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Pérdidas en el núcleo-Corrientes de Eddy

Se pueden calcular

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Prueba de lazo

- 1952, H.R. Tomlinson CIA Electricidad de New England presentó artículo en AIEE: “Interlaminar Test For Synchronous Machine Stator”- Utilizó diagrama similar a

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Prueba de lazo

- La Figura representa un generador de 2 polos simple. El flujo se divide en 2 mitades regresando al otro polo a través del entrehierro

- Al girar a la velocidad deseada se genera un voltaje Et a través de cada vuelta del devanado

- Tolimson propuso que aplicando Et/2 voltios por vuelta a un bobinado de excitación se produciría el mismo Ø/2 en el yugo.

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Prueba de lazo

Objetivos: -Simular las condiciones de funcionamiento del núcleo al energizar la bobina de prueba- Determinar puntos calientes- Estimar pérdidas en el núcleo aunque no

proporciona valores que se puedan usar para calcular la eficiencia

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Prueba de lazo

- Si no se cuenta con un probador comercial el Manual Técnico de EASA describe el procedimiento

- EASA ha incluido en su página web una calculadora para obviar los cálculos manuales

- Se recomienda verificar el flujo real del yugo con una bobina detectora

- La mayoría de estas pruebas son realizadas con una densidad de flujo magnético de 1.32 T (85,000 líneas/pul2).

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Prueba de lazo – Formato de ensayo

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Prueba de lazo – Dimensiones y Cálculos

Mida, calcule y registre (en pul o mm):- L= Largo menos ductos de aire- D1= Diámetro interior- S= Profundidad de ranura- B= Yugo o corona- D = D1 + (2 x S) + B- Establezca el voltaje y la frecuencia - Calcule las vueltas (loop turns) y ajuste el resultado si no es un

número entero - Calcule los amperios- Calcule el peso- Calcule los watts/libra o kilo - Calcule Voltaje inducido en la bobina detectora

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Calculadora prueba de lazo- EASA

https://easa.com/signin?returnurl=%2fresources%2fsoftware%2floop-test-calculator

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https://easa.com/signin%3Freturnurl=%252fresources%252fsoftware%252floop-test-calculator


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Prueba de lazo - Procedimiento

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• Seleccione fuente de voltaje variable y misma frecuencia con una capacidad adecuada (mayor a la corriente calculada)

• Frecuencias no estándar ver Sección 7 página 7-20 Manual Técnico de EASA

• Se requieren otros equipos como Amperímetro, voltímetro, vatímetro, termómetro, pirómetro, cámara termográfica

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• Conectar los instrumentos lo más cerca posible de la bobina para reducir la influencia de las pérdidas en el cable y utilizar cables más gruesos

• Cablear el circuito medir temperatura ambiente e iniciar la prueba

• Mida los amperios, vatios, voltaje inducido y registre los valores en el formato

• Si la corriente se desvía no ajuste el voltaje ni las vueltas-Desviación esperada por características de magnetización o por los daños

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• Si la corriente es mayor reemplace el cable por uno de calibre adecuado

• Si el voltaje inducido varía más del 5 % será necesario ajustar la fuente de voltaje y la corriente. Si es bajo eleve el voltaje de suministro o retire vueltas para aumentar la corriente

• Si es alto reduzca el voltaje o aumente vueltas para reducir la corriente

• Calcule los Watts/libra o kg (representa pérdidas en el yugo con error dependiente de las pérdidas en el cable-Entre más grueso el cable mejor)

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Medición de temperaturas• Mida y Registre la Temperatura ambiente y en

el núcleo e inicie la prueba• El núcleo comenzará a calentarse: En las

laminaciones sanas la temperatura es uniforme y aumentará 5-10 °C en media hora

• La velocidad de calentamiento varía con el tamaño del motor

• Los daños en el núcleo se detectan como puntos calientes

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Medición de temperaturas-Puntos calientesPuntos caliente: Cualquier zona con una temperatura 15 °C por arriba de la temperatura promedio del núcleo.

Estos se calientan mucho más rápido que las zonas sanas

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Medición de temperaturas

• Los puntos calientes cercanos a la superficie se pueden detectar después de algunos minutos pero en máquinas grandes de 2 polos puede tomar hasta 20 minutos

• Mida la temperaturas frecuentemente durante la prueba para detectar rápidamente los puntos calientes

• Una vez se detecten puntos calientes termine la prueba para evitar daños posteriores y marque zonas dañadas

• Mida las temperaturas ambiente y en el núcleo finales y el tiempo de prueba

• Calcule y registre el aumento de temperatura en el núcleo (T final-T inicial).

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Criterios de Evaluación-Núcleo en buen estadoEl núcleo probablemente estará bien si las pruebas indican:• Que hay un mínimo incremento de temperatura

en el núcleo (menor a 15 °C)• Que el calentamiento en le núcleo no prevalece • Que las pérdidas en Watts/peso son favorables al

compararlas con datos publicados o mediciones anteriores en núcleos similares

• Los núcleos en buena condición normalmente tendrán pérdidas entre 1 y 5 Watts/lb (2-11 Watts/kg. Dependiendo del grado, calibre y procesamiento de las laminaciones).

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Criterios de Evaluación-Núcleo en mal estado Repare o reemplace el núcleo si se presenta alguna de estas condiciones :• Temperatura del núcleo alta o aumenta muy

rápido• Si el calor localizado o punto caliente prevalece • Los Watts/peso son altos o desfavorables al

compararlas con datos de referenciaImportante: Los Watts/lb o kg calculados representan las pérdidas en el yugo solamente

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Estatores que van a ser rebobinados- Probar el núcleo antes y después- Quemar y desmantelar correctamente los

bobinados- Hacer las dos pruebas de la misma forma

(mismo voltaje, frecuencia, cable, misma vueltas, aprox. misma temperatura ambiente)

• Si W2/W1 no es mayor a 1.2 el núcleo se puede considerar Bueno de lo contrario se debe reparar o reemplazar

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Guía para obtener resultados confiables• Instrumentos RMS calibrados y para la

frecuencia de prueba• Conecte los instrumentos lo más cerca de la

bobina• Use el mismo voltaje y la misma frecuencia

usada para el calculo• Inicie la prueba con el cable y el núcleo a

temperatura ambiente. Registre todos los valores

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Guía para obtener resultados confiables• Si la corriente medida se desvía de la calculada,

no ajuste el voltaje o las vueltas para hacerla coincidir.

• Al repetir la prueba del estator, asegúrese que ambas pruebas son realizadas bajo las mismas condiciones. Utilice el mismo voltaje, la misma frecuencia y el mismo número de vueltas.

• Reutilice el mismo cable de prueba.

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Reglas de seguridad • No toque la bobina o el núcleo mientras la

bobina esté energizada• No use cable apantallado para la bobina de

prueba-Se inducirá voltaje en el • No deje ningún objeto mecánico dentro del

núcleo durante la prueba

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