Chuck Yung
Especiaslista Sénior de Soporte Técnico de EASA
Mi propósito al escribir este artículo es explicar en términos sencillos a qué se refieren los profesionales de la electromecánica como corrientes circulantes, por qué existen en los motores eléctricos trifásicos y ofrecer soluciones prácticas.
Cuando un bobinado tiene circuitos en paralelo, es fácil suponer que el devanado divide equitativamente la corriente para que cada rama en paralelo tenga el mismo consumo. Sin embargo, la realidad es muy diferente. Se requiere más corriente para impulsar el flujo magnético a través del aire que a través de un núcleo de acero permeable. Ésa es una de las razones por las que los diseñadores de motores controlan la distancia física entre los núcleos del rotor y del estator, lo que se conoce como entrehierro.
En cada revolución, el flujo debe cruzar el entrehierro dos veces por cada polo. Cuantos más polos tenga un devanado, el flujo deberá deberá cruzar más veces el entrehierro entre el estator y el rotor. Esto se muestra en la Figura 1. Probablemente haya notado que las máquinas más lentas (más polos) tienen entrehierros más pequeños que las de dos polos de tamaño comparable, y que los motores con más polos tienen entrehierros progresivamente más pequeños.
Esto no es un nuevo fenómeno. El matemático e ingeniero estadounidense Charles Steinmetz observó en 1897 que “el campo magnético debe ser de intensidad constante en todas las direcciones”, lo que reconocemos como la razón por la que nuestra tolerancia del entrehierro es +/- 10% del promedio. Es posible que haya escuchado un motor eléctrico con tanto ruido que sospechó que el rotor estaba arrastrando en el estator, solo para descubrir que la causa real del mismo era un entrehierro excéntrico. Si fuera práctico utilizar una pinza amperimétrica para comparar la corriente entre los circuitos en paralelo de dicho motor, encontraría una diferencia considerable. (Ver Figura 2.)
Las pequeñas variaciones en el entrehierro hacen que los grupos de bobinas,en posiciones donde el entrehierro es mayor, consuman mucho más corriente de magnetización que grupos idénticos situados en posiciones donde la distancia del entrehierro es menor. Eso puede afectar la corriente consumida por las diferentes ramas en la misma fase o entre fases.
En términos simples, las corrientes circularán entre las ramas en paralelo mientras intentan equilibrar la corriente de magnetización desigual. La corriente circulante crea calor adicional dentro de los devanados. Veamos algunos ejemplos comunes que se presentan en nuestra industria. Cuando el fabricante del motor diseña un bobinado con capas, la primera capa instalada está en la parte inferior de las ranuras y las otras capas se apilan sobre la primera. Con lo cual, la longitud media de la vuelta (MLT) difiere, al igual que la resistencia en cada fase y la diferencia resistiva contribuye a las corrientes circulantes. La mayoría de los bobinadores han visto devanados con conexiones delta ecualizadas que se confunden fácilmente con una conexión en estrella (por ejemplo, una conexión con 2 deltas ecualizadas se parece mucho a una conexión en 4 estrellas), como se muestra en la Figura 3. El propósito de esos ecualizadores es equilibrar o ecualizar, la corriente por las ramas en paralelo. Esto se hace para reducir las pérdidas I2R y mejorar la eficiencia.
Otra área donde vemos que se utilizan conexiones ecualizadas es en un devanado donde los circuitos en paralelo son iguales a la mitad del número de polos. En estos casos hay dos factores a considerar. En primer lugar, a más polos, menor será el espacio de aire físico con el que trabaja el fabricante. La segunda es que se debe cumplir la tolerancia del entrehierro de +/- 10% del promedio. Cuanto más imperfecta sea la distancia radial del entrehierro, mayor será la probabilidad de que circulen corrientes. Un problema frecuente con el que los ingenieros de EASA ayudan a las personas es un motor rebobinado que hace ruido, se calienta y/o tiene una corriente desequilibrada. Cuando el motor problemático es una máquina de seis polos conectado en 3 circuitos, nuestra solución es reconectar el devanado usando puentes 1-10. La Tabla I muestra los circuitos, polos y puentes recomendados para los devanados que se encuentran comúnmente dentro de esta categoría.
Cuando los circuitos en paralelo son iguales a la mitad de los polos, los puentes extralargos conectan los grupos en serie que están directamente de frente entre sí. Cuando el entrehierro radial no es perfecto, forzar a los grupos de bobinas a transportar la misma corriente reduce las corrientes circulantes. En la Figura 4, es fácil ver cuán incómoda puede llegar a ser una conexión ecualizada con el riesgo asoicado de equivocarse al tomar datos o de efectuar una conexión errónea accidental al rebobinar el motor. En lugar de tener seis finales de grupo conectados por cada fase, los puentes extralargos 1-10 simplifican la conexión y reducen el riesgo de cometer errores.
Comparada con las 3 deltas ecualizadas (Figura 4), la conexión de la Figura 5 es mucho más simple y reduce la probabilidad de cequivocarse durante el conexionado.
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