Tom Bishop
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA
El problema más frecuentemente relacionado con la corriente alta en un motor, es la elevada corriente en vacío de los motores trifásicos. Este tema ya había sido tratado en tres artículos publicados anteriormente en la revista Currents de EASA, empezando con “Test Run Tips: Common Causes For High No-Load Current On Rewound Motors” (Junio de 2002); continuando con “Avoiding High No-Load Amps On Rewound Motors” (Febrero de 2004); y finalizando con “Taming Those Misbehaving Motors” (Diciembre de 2009). Este artículo cubrirá el amplio tema de la corriente alta en vacio y el problema de la corriente con carga elevada en los motores trifásicos. También en él se consideran casos en los cuales existe una corriente en vacio menor que la esperada.
Corriente alta en vacío – motor que no ha sido rebobinado
Un escenario típico en el que surge este problema es el caso de un motor que ha sido reacondicionado por el centro de servicios y en el cual la corriente en vacío excede a la esperada. Aunque no trate sobre el tema de una corriente alta en vacío, el artículo publicado en la revista Currents de EASA: “No-load Current Basics: Practical Guidelines For Assessment” (Febrero de 2005), proporciona una guía útil, particularmente la Tabla 1 que reproducimos aquí.
Note que los valores de la Tabla 1 son orientativos. Algunos motores podrían tener corrientes en vacío por encima y por debajo del rango y aún así seguir siendo satisfactorios. Sin embargo, cuando la corriente en vacío está fuera de esos rangos, son necesarios análisis posteriores. Otra consideración que hay que tener en cuenta cuando la corriente en vacío es alta o baja, es comparar el voltaje real de prueba con el voltaje nominal del motor. Si el voltaje aplicado no se encuentra dentro del 10% del voltaje nominal del motor, la corriente en vacío puede ser mucho mayor o menor a la esperada. Por ejemplo, al probar un motor cuya tensión nominal es de 200 voltios en una red de 240 voltios, es casi seguro que se produzca una corriente alta en vacío relativa.
Una mala conexión también puede ocasionar en vacío una corriente alta o baja inusual. Por ejemplo, considere un motor para un solo voltaje, con 12 cables y diseñado para ser conectado a 460 voltios en delta paralelo. Sin embargo, ya que la mayoría de motores con 12 cables se especifican para dos voltajes, el motor es conectado erróneamente en delta serie para operar a 460 voltios. En este caso, la corriente en vacío es excepcionalmente baja. La solución es conectar el motor en delta paralelo.
Otra posibilidad que existe para los motores con 6 ó 12 cables, es equivocarse al conectarlos en delta en lugar de estrella. Aunque la mayoría de estos motores funcionan o trabajan en conexión delta, algunos utilizan conexión estrella. Si ese es el caso y el motor se hace funcionar en conexión delta, la corriente en vacio probablemente estará muy por encima de la corriente nominal. Una buena práctica en los motores con 6-12 cables, consiste en probarlos en estrella y verificar su corriente en vacío. Si esta es muy baja, reconectarlos en delta y repetir la prueba. Sin embargo, si la corriente en vacío en la conexión estrella parece normal, verifique con el cliente cual es la conexión real. Si la conexión utilizada por el cliente es delta, entonces existe un error en el devanado.
Un escenario menos común es un motor sin placa de datos, que tiene una corriente alta en vacío para una potencia asumida. En este caso, determine el tamaño constructivo o frame del motor, midiendo frontalmente y lateralmente las distancias entre los centros de los agujeros de las patas y la altura desde la base hasta el centro del eje. También verifique la velocidad en vacío para determinar el número de polos. El tamaño constructivo o frame y los polos/velocidad, se pueden usar para estimar un valor muy cercano de la potencia del motor. Si la nueva potencia estimada difiere del valor inicial, utilice la potencia nueva para evaluar la corriente en vacío.
Corriente alta en vacío – motor rebobinado
Las causas más comunes de una corriente alta en vacío después del rebobinado son: Datos incorrectos del bobinado, daño en el núcleo y desalineamiento axial entre el estator y el rotor. Aquí trataremos estos temas; para posibles causas adicionales consulte los artículos mencionados en los párrafos iníciales del artículo.
Los datos incorrectos del devanado que incrementan los niveles de flujo magnético por arriba de los niveles de diseño, producen un aumento de la corriente en vacío. A pesar que el efecto en la corriente a plena carga no es tan significativo, los niveles de flujo más altos también producen corrientes de arranque más elevadas que pueden causar el disparo de los dispositivos de protección. En casos extremos, esto puede ocasionar que los contactores exploten al abrir o se suelden al cerrar.
Los devanados conectados en delta ecualizada, se pueden confundir como si estuvieran conectados en estrella. Las conexiones de los puentes ecualizadores pueden dar la impresión de ser conexiones en estrella. La Figura 1 es un ejemplo de una conexión de 2 deltas ecualizada para un devanado de 4 polos. Durante la toma de datos, la conexión puede ser mal interpretada como 4 estrellas. Si el motor se conecta en 4 estrellas, las densidades magnéticas del bobinado se elevarán en un orden del 15 % y la corriente en vacío aumentará considerablemente. En la mayoría de los casos, una verificación de los datos del bobinado revelaría la conexión incorrecta. Además, aunque las conexiones ecualizadas más comunes sean 2 circuitos en delta y 2 circuitos en estrella, existen otros circuitos en paralelo como 3 deltas (6 polos) que se pueden ecualizar.
Aunque sea raro cometer errores durante la toma de datos del bobinado, dos de los más comunes son: Contar menos espiras o aumentar el número de circuitos. Una buena práctica que ayuda a evitar utilizar datos incorrectos durante el rebobinado, consiste en verificar los datos tomados. Esto se puede realizar comparándolos con la base de datos de bobinados de EASA o calculando las densidades de flujo magnético y la densidad de corriente; por ejemplo, utilizando el programa de Verificación y Rediseño de Motores C.A. de EASA. Una ventaja de usar este programa, es que si existe un error en los datos del bobinado, el programa se puede utilizar para diseñar un bobinado de reemplazo adecuado.
Los daños en el núcleo del estator se pueden detectar mediante la prueba de lazo o ensayo de pérdidas en el núcleo (“toroide”). Los puntos calientes que sobrepasen los 15°C (27°F) o las pérdidas que excedan los 4-5 vatios por libra (9-11 vatios por kilogramo) probablemente ocasionaran un incremento de la corriente en vacío. Si las pérdidas del núcleo o la elevación de temperatura son altas, será necesario reparar el núcleo y en el peor de los casos, reemplazarlo. Si los núcleos se encuentran desviados en longitud más del 5%, será necesario comprobar y ajustar la alineación axial entre el estator y el rotor. También, si se detecta una desviación aparente, verifique y compare las longitudes de los núcleos del rotor y del estator. Si estas varían en más de un 5%, esto puede provocar un incremento de la corriente en vacío del motor. Preferiblemente, la desviación o las diferencias en el largo de los núcleos del estator y del rotor no deben sobrepasar el 2%. Los estatores con bobinas formadas (pletina), diseñados con cuñas magnéticas, tendrán corrientes en vacío más altas, una menor eficiencia y un aumento de la temperatura de operación, si las cuñas no se reemplazan por cuñas magnéticas. Una forma sencilla de verificar que las cuñas son magnéticas consiste en acercar un imán a las cuñas y si estas atraen el imán entonces las cuñas son magnéticas.
Una causa menos común para una corriente alta en vacío, es un entrehierro excesivo. Inspeccione el diámetro exterior del rotor para buscar evidencias de mecanizado, que puedan aumentar el entrehierro.
Otra posibilidad es la de utilizar partes incompatibles. Por ejemplo, obtener un motor a partir de dos motores “idénticos” que tienen partes defectuosas, como en el caso de un motor con el rotor abierto y otro con el devanado dañado. El resultado puede ser un entrehierro excesivo o diferencias entre las longitudes del estator y del rotor, produciendo finalmente una corriente alta en vacío.
Corriente alta con carga
Las mayores causas probables para una corriente alta con carga son: Una sobrecarga mecánica, altas densidades de flujo magnético excesivas o lo que es menos frecuente, un rotor abierto. Un error en los datos del bobinado que produzca niveles de densidades de flujo magnético por debajo de las de diseño, también causa un alto consumo de corriente con carga.
Si la inspección realizada en el equipo impulsado no revela que la sobre-corriente del motor es provocada por causas mecánicas, puede que sea necesario probar el motor con carga para confirmar que su corriente a plena carga es aceptable. Tenga cuidado al evaluar la corriente real del motor versus la corriente nominal. La norma NEMA MG1 para motores y generadores permite una tolerancia de +/- 10% en la corriente a plena carga nominal. Por ejemplo, si la corriente nominal en la placa de un motor es de 100 amps, la corriente real más baja o más alta puede ser 90 amps (-10%) ó 110 amps (+10%) y seguir siendo aceptable.
Un bobinado cuyos niveles de flujo magnético sobrepasen al menos un 10% las densidades de diseño originales, normalmente tomará más corriente que la nominal a plena carga y tendrá una corriente en vacio mayor a la típica. Un método utilizado para verificar el desempeño de un motor “reforzado magnéticamente” como este, consiste en medir las rpm exactas a plena carga. Si esta velocidad es considerablemente mayor a la nominal, podría tratarse de un motor reforzado magnéticamente y por consiguiente tener densidades de flujo altas relativas, causando posiblemente una saturación magnética y la circulación de una corriente mayor. Determinar si la velocidad es lo considerablemente alta requiere de algunas investigaciones posteriores y ciertos cálculos básicos.
La norma NEMA MG1 permite a plena carga una variación del 20% en el deslizamiento nominal de un motor. Por ejemplo, si un motor de 4 polos, con una velocidad sincrónica de 1800 rpm tiene una velocidad nominal a plena carga de 1750 rpm, su deslizamiento será la diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad nominal, que sería 50 rpm (1800 – 1750); el 20% del deslizamiento son 10 rpm (0.2 x 50). Por consiguiente, la velocidad real puede estar entre 1740 rpm (1750 – 10) y 1760 rpm (1750 +10). Una velocidad por arriba de 1760 rpm será considerada como lo suficientemente alta y podría indicar que existe un devanado con diseño magnético reforzado. Antes de sacar cualquier conclusión, verifique el voltaje línea-línea. Si este voltaje excede a la tensión nominal en más del 10%, esta puede ser la causa de la alta velocidad a plena carga y posiblemente del consumo alto de corriente.
Un rotor abierto puede causar pulsaciones en el torque de salida del motor cada que una barra abierta pase por debajo de una de las fases del bobinado. El efecto neto es la reducción en el torque de salida de estado estable; en promedio, el motor toma más corriente, la que a menudo también presenta pulsaciones. Sí se sospecha que el rotor de un motor ensamblado está abierto, se debe realizar una prueba monofásica para verificar la condición del rotor. Esta consiste en aplicar a dos fases del motor de inducción entre 1/6 y 1/4 de la tensión nominal C.A. o un voltaje variable hasta obtener una corriente entre el 75% y el 125% de la corriente nominal, mientras se va girando el rotor suavemente con la mano. Para medir cualquier fluctuación de la corriente se utiliza una pinza amperimétrica. Una fluctuación de corriente mayor al 3 por ciento en un rotor usado (máximo el 1% para uno nuevo) por lo general indica una barra rota en el rotor; esto ocurrirá cada vez que la barra rota pase por debajo de un polo energizado.
Así como un flujo magnético excesivo puede ocasionar una corriente con carga elevada, una pérdida suficiente de flujo también puede producir los mismos resultados. La capacidad de torque de un motor es proporcional al cuadrado del nivel de flujo magnético. Por ejemplo, si el flujo del bobinado es un 10% menor que el de diseño, la capacidad de torque se verá reducida en un 81% (0.9 x 0.9 x 100 = 81) del nominal. Si la potencia nominal del motor fuera de 100 hp, este ahora funcionaría como si estuviese diseñado para 81 hp. A plena carga nominal el motor estaría sobrecargado un 23% (100/81 x 100), debido a que su bobinado está debilitado magnéticamente. El resultado de esto incluiría sobre-corriente y operación a una velocidad muy por debajo de la nominal.
Conclusión
Los motores eléctricos que consumen más corriente de la esperada, tanto con carga como en vacío, son un problema común. Por esto determine si el problema de la corriente alta se limita al funcionamiento en vacío, y si este es el caso, verifique si el motor ha sido o no rebobinado. A continuación, siga los pasos de los párrafos aplicables de este artículo que lo guiarán a encontrar una solución. De forma similar, si la condición de corriente alta se presenta con carga, o en carga y en vacío, siga los párrafos aplicables de este artículo. Si ninguno de estos métodos es totalmente exitoso, contacte al Departamento de Soporte Técnico de EASA.
DISPONIBLE EN INGLÉS
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