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LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS EN MÁQUINAS
DE CORRIENTE ALTERNA
4.1.- INTRODUCCIÓN
Al igual que ocurría en las máquinas de corriente continua, según se aprecia en el capítulo 2 de
esta obra, las anomalías mas frecuentes en las máquinas de corriente alterna son las relacionadas
a continuación:
Seguidamente pasaremos a analizar la localización de estos cuatro tipos de averías, referidas a
motores asíncronos trifásicos de corriente alterna, ya sean con rotor de jaula de ardilla o
bobinado, por ser los mas utilizados industrialmente. Todo ello se analizará de forma sencilla
y sin el empleo de aparatos o sistemas sofisticados, de tal forma que cualquier profesional pueda
realizarlo en su taller, bien sea con herramientas tradicionales de electricista o deducidas
directamente con el solo empleo del sentido común.
4.2.- LOCALIZACIÓN DE CONTACTOS A MASA
Este tipo de anomalía puede presentarse tanto en estatores como en rotores bobinados, de
cualquier máquina de corriente alterna, y la mejor forma de no llegar a esta situación que puede
ser peligrosa desde sus comienzos, en cuanto a electrocución se refiere, y degenerar con el
tiempo en un cortocircuito y la consiguiente destrucción de los devanados, es la de medir
periódicamente el aislamiento a masa de sus devanados, que según la normativa actual ha de ser
como mínimo de U x 1000 ohmios, con un mínimo de 250.000 ohmios, siendo U su tensión
nominal.
Para verificar la existencia de contactos a masa en el estator de los motores, procederemos como se aprecia en la figura 4.1, retirando primeramente los puentes de la placa de bornes, para medir a continuación el aislamiento entre cada una de las fases y la carcasa del motor, bien sea con el medidor de aislamiento de un polímetro o con un medidor de aislamiento apropiado. La fase que acuse continuidad es la que tiene el defecto, luego como mas adelante veremos hay que localizar la bobina o bobinas puestas a masa, para su posterior aislamiento o sustitución.
Como ya se mencionó, cuando el rotor es de anillos rozantes este puede presentar en él la
misma anomalía que en el estator, y la verificación puede realizarse tanto desmontado este como
sin desmontarlo, siempre que aislemos correctamente sus escobillas de los anillos rotóricos. La
comprobación se realiza de igual forma que en el estator, midiendo la continuidad entre el eje
y cada uno de los tres anillos del rotor. En principio solamente detectamos si una fase esta puesta
a masa; por el contrario si queremos saber que fase es la dañada, debemos de desconectar las tres
fases del punto de la estrella del devanado y verificar las fases una a una.
Una vez localizada la fase averiada, para determinas que bobina o bobinas están puestas a masa,
hay que desconectar todos los puentes de conexión entre grupos de bobinas, de dicha fase, e ir
comprobando la continuidad entre cada una de las bobinas y masa (figura 4.2). Una vez
localizada la bobina averiada, se puede extraer y aislar convenientemente o bien sustituirla por
otra nueva, siempre que el tamaño del motor y los tipos de bobinas lo hagan posible o bien
sustituir el grupo al que pertenece la bobina averiada, e incluso toda la fase averiada o el
devanado completo, como suele hacerse en los motores de pequeña potencia.
4.3.- LOCALIZACIÓN DE CORTOCIRCUITOS
Los cortocircuitos en los devanados de corriente alterna, se suelen producir siempre que: los
aislamientos fallen, debido a quemazón por sobrecargas frecuentes, o bien debido al empleo de
materiales de aislamiento e impregnación de baja calidad, que fallan debido a las vibraciones
del propio motor y a la degradación de los mismos. Los cortocircuitos en el interior de un motor
pueden ser de muy distinta magnitud, de tal forma que para su estudio los clasificamos en dos
apartados, a saber:
Los primeros suelen ser muy radicales, siempre que sean directos entre fases, estos son
detectados por las protecciones del motor y este se queda instantáneamente fuera de servicio.
En otros casos, ya sean del primer o segundo tipo, su grado de peligrosidad puede variar,
dependiendo de las espiras que queden cortocircuitadas, lo que puede originar: desde ningún
síntoma apreciable cuando son pocas espiras de una misma fase, a una intensidad absorbida
exagerada cuando las espiras eliminadas son muchas, o bien un calentamiento excesivo y la
quema posterior del propio motor en los casos extremos.
Cortocircuito entre fases
En estos casos, si el cortocircuito es franco (ejemplo A-B de la figura 4.3), lo normal es que los
fusibles o relés de protección contra cortocircuitos salten, el motor se desconecta y la avería no
pase a tener mayores consecuencias. Pero otras veces, cuando el cortocircuito es entre bobinas
de distinta fase y este no es franco, debido a la impedancia de las muchas espiras intercaladas,
como es el caso C-D de la figura 4.3, el motor puede llegar a arrancar, calentarse
exageradamente, e incluso llegar a quemarse sin que sus protecciones lo desconecten.
Por tanto cuando un motor no sobrecargado se calienta exageradamente y sus protecciones no
saltan, hay que suponer un cortocircuito incipiente entre fases, con una gran impedancia, debido
a las muchas espiras que quedan intercaladas (ejemplo C-D). En estos casos para detectarlo hay
que desmontar el motor, y si una observación visual no es suficiente para detectarlo, hay que
proceder a retirar los puentes de la placa de bornes y verificar el aislamiento entre las fases, por
medio de un polímetro o un medidor de aislamiento, tal como se aprecia en la figura 4.3. como
es natural las fases cortocircuitadas acusarán continuidad entre ellas, siendo esta mayor o menor
dependiendo del tipo e impedancia del cortocircuito.
Cortocircuito entre espiras de una misma fase
En estos casos, si el cortocircuito es en el devanado del estator puede darse el caso de que el
motor no pueda llegar a arrancar, por el contrario si al aparecer el cortocircuito el motor está en
marcha puede seguir girando, aunque empezará a roncar y aumentará su calentamiento. En este
caso también aumentará la corriente de la fase defectuosa, defecto que puede ser suficiente para
que un relé de sobrecarga, del tipo diferencial pueda llegar a desconectar el motor.
Si las espiras cortocircuitadas pertenecen al rotor de un motor de anillos, el motor, si esta parado, puede llegar a arrancar, pero lo hará con brusquedad y metiendo mucho ruido, a la vez que la corriente absorbida de la red oscilará durante el arranque.
En estos casos, tanto si el defecto es en el rotor como en el estator, y si visualmente no logramos detectar la bobina con espiras en cortocircuito, la mejor forma de localizarla es como se hacía en los devanados de corriente continua, o sea empleando un zumbador, manual o de sobremesa, y una lámina metálica u hoja de sierra, tal como se aprecia en la figura 4.4. Al ir recorriendo el devanado con el zumbador, la lámina metálica vibrará cuando esta esté situada sobre la bobina defectuosa.
Recordamos una vez mas, como ya lo hacíamos en el capitulo 2, que para la mejor detección de la bobina con espiras en cortocircuito hay que mantener una distancia entre el entrehierro del zumbador y la lámina metálica igual al ancho de bobina del devanado.
Si antes de desmontar el motor, sospechamos que el defecto está en el rotor, podemos detectar la fase con la bobina defectuosa sin desmontar este, para ello se levantan las escobillas y, ya con el devanado del rotor abierto, se le aplica tensión al estator (si es posible inferior a la nominal) y se miden las tensiones entre los tres anillos del rotor. Si las tres tensiones son iguales nos indica que no hay espiras en cortocircuito en el rotor, en caso contrario, si una de ellas es nula o inferior a las otras, nos indica que en esa fase existen espiras en cortocircuito.
Por medio del zumbador también podríamos detectar si en un rotor de jaula de ardilla hay
alguna barra desoldada o cortada. Para ello procedemos como anteriormente se explico, para un
rotor devanado, observando que la lámina vibra en cada barra del inducido, excepto en la que
esta interrumpida. Este defecto se manifiesta normalmente por medio de: ruidos anormales,
arranques dificultosos, e incluso pueden aparecer chispas entre las barras del rotor y sus discos
de cortocircuito.
4.4.- LOCALIZACIÓN DE CONDUCTORES CORTADOS
Estas anomalías, tanto si el devanado es de rotor como si es de estator, se manifiestan con
arranques dificultosos, el motor no logra alcanzar su velocidad nominal, ronca y se achica con
la carga, o incluso no logra arrancar; todo ello debido a su alimentación en bifásico, como se
aprecia en los esquemas de la figura 4.5. Si el devanado está ejecutado con circuitos en paralelo
y es uno solo de esos circuitos el interrumpido, el motor presenta los mismos síntomas que si la
fase completa estuviera cortada.
Primeramente debemos de observar los conductores que van a la placa de bornes, ya que con frecuencia, y bien sea debido a las vibraciones, al envejecimiento del aislamiento o de las soldaduras de los terminales, se sueltan o cortan en la propia placa de bornes.
Luego para localizar las interrupciones en el devanado del estator, debemos de comprobar la continuidad de cada fase por separado. Para ello retiramos los puentes de la placa de bornes, ya estén en estrella o en triángulo y con un medidor de continuidad (polímetro o medidor de aislamiento) verificamos una a una las fases del motor, tal como se aprecia en la figura 4.5.
Para localizar las interrupciones en un rotor de anillos rozantes, empezaremos por aislar los anillos rotóricos, bien sea levantando las escobillas o colocando un aislante entre aros y escobillas. Seguidamente procedemos a medir la continuidad entre cada dos anillos o entre cada anillo y el punto de la estrella del devanado, si este es accesible, como si de un devanado de estator se tratara.
Otra forma de localizar la fase cortada del rotor, una vez aislados los anillos rotóricos, consiste
en alimentar el estator (si es posible a tensión reducida) y medir la tensión existente entre cada
dos anillos, si una fase esta cortada no nos dará tensión alguna con ninguna las otras dos. Esto
es debido a que en estas condiciones el rotor se comporta como el secundario de un
transformador, en el que se inducen tensiones debido al flujo estatóricos.
4.5.- DETERMINACIÓN DE LA POLARIDAD CORRECTA
Si alguna de las conexiones entre grupos de bobinas no se conecta correctamente, o bien se han
equivocado algunas entradas (U, V, W) con salidas (X, Y, Z), el campo magnético no será
completamente giratorio, y en consecuencia la máquina no podrá arrancar o lo hará con mucha
dificultad.
La localización de las bobinas o grupos de bobinas conectados incorrectamente, podría hacerse
por medio de la brújula, como veíamos en el apartado 2.5 de esta obra para las máquinas de
corriente continua, pero en la práctica, y sobre todo para motores que no sean de gran tamaño,
existe un procedimiento mucho mas fácil y rápido, aplicable a los estatores de las máquinas de
corriente alterna, que es el reflejado en la figura 4.6.
Este sistema de comprobación de la polaridad correcta, consiste en aplicarle tensión alterna al
estator, desmontado, al que se le ha introducido previamente una bola de acero en su interior
--de un cojinete de bolas o similar--, ttal como se aprecia en la figura 4.6. Si las conexiones
están correctamente realizadas, la bola rodara por el interior del estator perfectamente, arrastrada
por el campo magnético giratorio. Si existiera alguna conexión equivocada la bola permanecería
en reposo u oscilaría, debido a la deformación del campo magnético.
Para realizar esta comprobación en los motores de mediana o gran potencia, es mejor hacerlo
con una tensión inferior a la nominal de la máquina, siempre que esta sea alterna, ya que el
campo magnético se forma perfectamente y es mucho mas segura la prueba.
Si deseamos verificar la polaridad en un rotor devanado, lo mejor es emplear el sistema de la
brújula, tal como se hace con los inducidos de las máquinas de corriente continua. Para ello se
aplica tensión continua entre cada anillo rozante y el punto de la estrella del devanado, mientras
se va verificando, con la brújula, la polaridad fase a fase, comprobando que en cada una de ellas
su número de polos es igual al de polos del estator y que a su vez estarán desplazados entre si
el mismo número de ranuras, obteniendo además tres series de polaridades completas.
Si vamos marcando los polos, al final del ensayo habremos comprobado que se obtiene un
número de polos tres veces mayor que el del motor y que además todos estos polos tendrán
alternativamente sentido contrario, ya que cada fase alimentada independientemente forma la
polaridad completa, tal como se aprecia en la figura 4.7. Así para un devanado tetrapolar
obtendremos doce polos con el sentido siguiente: N-S-N-S-N-S-N-S-N-S-N-S. Esto por supuesto
no va a ocurrir en funcionamiento normal, cuando sea alimentado con corriente alterna, ya que
en este caso esas polaridades se van manifestando una después de otra, dando así lugar al
campo magnético giratorio
Aunque no es normal que los devanados de rotor estén conectados en triángulo, si este fuera el caso, la tensión continua se aplicara de una sola vez a todo el devanado, abriendo la conexión triángulo en uno de sus vértices y conectando estos a la fuente de corriente continua, tal como se aprecia en el pequeño dibujo de la figura 4.7. De esta forma todas las fases quedan en serie y al ir comprobando la polaridad con la brújula, obtendremos la misma serie de polaridades descrita para la conexión estrella.
Cuando verificamos con la brújula un rotor devanado, según cual sea el defecto, quedara manifestado por las secuencias de polaridad de los ejemplos siguientes:
- Si en el ejemplo de la figura 4.7 obtuviéramos las polaridades: N-S-N-N-N-S-N-S-N-S-N-S, nos
indicará que un grupo de bobinas esta mal conectado. En este caso será el cuarto grupo, que
deberemos corregir permutando las conexiones de dicho grupo.
- Si por el contrario la secuencia fueraa: N-N-N-S-S-S-N-N-N-S-S-S, nos indicaría que una fase
completa esta invertida. En este caso la segunda fase, que debemos de corregir cambiando su
entrada por su salida.
- Si un grupo completo no manifiesta pollaridad alguna, nos indicará que esta completamente
cortocircuitado.
4.6.- RESUMEN DE LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS
Seguidamente y como resumen de los temas tratados en este capitulo, se incluye un cuadro
resumen de averías, donde se analizan las mas comunes que se pueden dar en máquinas de
corriente alterna.
TABLA RESUMEN, PARA LA LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS EN MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA
| Síntomas | Causas posibles | Verificación y soluciones |
| 1.- El motor no arranca | - No le llega corriente al motor
- Si el motor ronca y no llega a
arrancar, le falta una fase
|
- Verificar tensiones en la red,
fusibles, contactos, conexiones
del motor
- Verificar la correcta conexión,
estrella o triángulo, en su placa
de bornes y la carga del motor
|
| 2.- El motor arranca, pero no alcanza la velocidad nominal | - Tensión insuficiente o caída de
tensión excesiva
- Fase del estator cortada - Si el motor es de anillos, han quedado resistencias intercaladas - Si el motor es de anillos ruptura del circuito de arranque rotórico - Cortocircuito o devanado a masa |
- Verificar tensión de red y sección
de línea
- Verificar tensión y devanado - Verificar circuitos de arranque - Verificar conexiones, resistencias, escobillas y devanado - Verificar devanados y reparar |
| 3.- La corriente absorbida en funcionamiento es excesiva | - Maquina accionada agarrotada o
carga excesiva
- Si el motor ronca y las
intensidades de las tres fases son
desiguales, cortocircuito en el
estator
- Si el motor es de anillos, cortocircuito en el circuito rotórico |
- Verificar carga y sustituir motor
si este es pequeño
- Verificar aislamiento y reparar o rebobinar el motor - Verificar anillos, escobillas y circuito de resistencias. Verificar devanado rotórico y reparar |
| 4.- La corriente absorbida en el arranque es excesiva | - Par resistente muy grande
- Si el motor es de anillos, resistencias rotóricas mal calculadas o cortocircuitadas |
- Verificar la carga del motor
- Verificar resistencias y posibles cortocircuitos en resistencias y devanado rotórico |
| 5.- El motor se calienta exageradamente | - Motor sobrecargado
- Ventilación incorrecta - Si el motor se calienta en vacío, conexión defectuosa - Cortocircuito en el estator - Tensión de red excesiva |
- Verificar carga
- Verificar y limpiar rejillas y ranuras de ventilación - Verificar las conexiones de la placa de bornes - Verificar devanado estatórico
|
| 6.- El motor humea y se quema | - Cortocircuito directo o de un
número excesivo de espiras en
cualquiera de sus devanados
- Mala ventilación del motor |
- Verificar devanados y reparar o
rebobinar
- Mantener siempre limpios los circuitos de ventilación |
| 7.- El motor produce demasiado ruido | - Vibraciones de ciertos órganos
- Si el ruido es solamente en reposo y no en marcha, cortocircuito en el rotor - Si el ruido cesa al cortar la corriente, entrehierro irregular - Barra del rotor desoldada o rota |
- Lanzar y desconectar el motor y
si el ruido persiste, verificar
fijaciones y cojinetes
- Verificar devanado rotórico y reparar - Verificar cojinetes y rotor - Verificar barras del rotor |