Chuck Yung
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA
Esta es una actualización de los artícu-los que escribí a comienzos de 1999 y que posteriormente sirvieron como base del libro «Fundamentos de corriente continua: Op-eración y consejos de reparación» (FDC). En FDC, incluimos varios métodos populares para ciertas tareas. Este artículo adopta un enfoque de «mejores prácticas», compartiendo el método preferido para dichas tareas.
Muchos centros de servicio no pueden realizar pruebas a plena carga en máquinas de corriente continua grandes, sin embargo, la buena noticia es que existen pruebas específicas que permiten verificar la integridad de los devanados, la polaridad relativa correcta entre la armadura y los interpolos, y el adecuado funcionamiento del motor.
Este artículo explica pruebas específicas que pueden ayudar a garantizar que el motor funcione correctamente una vez instalado. También abordará el espaciado de las escobillas, cómo confirmar la polaridad relativa entre los interpolos y la armadura, la verificación de la polaridad del campo compuesto, el ajuste del punto neutro de las escobillas y algunas pruebas específicas útiles en el panel de pruebas. Cada una de estas pruebas se puede realizar con el motor ensamblado.
Espaciado de las escobillas
Un espaciado irregular entre las escobillas puede provocar chispas. Para medir la distancia entre ellas, es fundamental que las escobillas estén completamente asentadas. Envuelva una tira de papel alrededor del colector y marque el punto donde se cruzan los extremos; luego, marque el punto donde la punta de cada escobilla toca el papel. Retire el papel, extiéndalo sobre una superficie plana y utilice una regla de precisión para medir la distancia entre las marcas. La distancia entre las escobillas debe ser uniforme, con una variación máxima de 3/64 pulgadas (1,2 mm). En motores con varias escobillas en cada poste, repita esta verificación para la trayectoria de las escobillas más cercana a los risers (puntos donde se suelda el alambre al colector) y para la trayectoria más alejada. Si se requiere ajustar la ditancia, observe la posición relativa de las marcas para determinar la forma más sencilla de corregirlo.
Ajuste del punto neutro
Cuando una bobina de armadura(inducido) gira dentro de un campo magnético, se induce un voltaje en la bobina. Dado que los campos están conectados con polaridad alterna, la polaridad del voltaje inducido en la bobina de la armadura se invierte cada vez que la bobina pasa de una bobina de campo a la siguiente. Para una conmutación óptima, las escobillas deben cortocircuitar los terminales del inducido en el punto exacto donde se invierte la polaridad de la bobina (Figura 1). Esta posición se denomina punto neutro de las escobillas. Si las escobillas no están colocadas en la posición neutra, se producirán chispas. Cuanto más alejadas estén las escobillas del punto neutro, habrá más chispas.
Consejo: Cuando una máquina de CC esté desarmada, siga siempre los siguientes pasos:
- Marque de forma indeleble la orientación del porta escobillas y la tapa. Un rotulador permanente o un marcador de metales funcionan bien para esto. Asegúrese de que las marcas estén perfectamente alineadas.
- Utilice etiquetas de aluminio para marcar los postes de las escobillas y los cables conectados a cada uno.
Punto neutro de las escobillas
Existen varias formas para verificar o ajustar el punto neutro de las escobillas. El método más fiable es el de la tensión inducida por corriente alterna. Para quienes estén familiarizados con el método de la tensión inductiva transitoria en corriente continua, consideren la prueba de corriente alterna como una tensión inductiva transitoria continua. Considere los campos y la armadura como un transformador. Cuando se aplica tensión alterna a los campos, se induce tensión en la armadura. En la posición neutra exacta de las escobillas, no se inducirá tensión en la bobina de la armadura. Cuanto mayor sea la desviación de las escobillas respecto a la posición neutra, mayor será la tensión que se medirá entre los bornes de las escobillas adyacente.
Nota: Para las máquinas de excitación compuesta (es decir, aquellas que tienen un devanado de excitación en derivación y otro en serie), el devanado en serie se debe desconectar de los terminales de la armadura antes de comprobar el punto neutro. Esto se debe a que, al aplicar tensión alterna a los devanados en derivación (shunt), los devanados en serie actúan como el secundario de un transformador. Si un terminal del devanado en serie y un terminal del inducido están conectados, el efecto de autotransformador afectaría la lectura del voltímetro. Además, para obtener los mejores resultados, las escobillas deben estar bien asentadas.
Consejo: Asegúrese siempre de que los postes con escobillas de la misma polaridad estén conectados mediante un puente (Figura 2). El objetivo principal de estos puentes es que todas las escobillas conduzcan la misma corriente, lo que resulta en un desgaste uniforme de las mismas. Una ventaja adicional es que se obtiene un punto neutro de las escobillas con mayor precisión. Sin estos puentes, la configuración del punto neutro en una máquina de 4 polos puede arrojar resultados diferentes si se mide entre los postes localizados a las 12:00 y las 3:00 que si se mide entre los postes entre las 12:00 y las 9:00.
Aplique 120 V de corriente alterna a los terminales del devanado de excitación en derivación y conecte un voltímetro digital de CA a los postes de las escobillas adyacentes. Ajuste el portaescobillas hasta obtener la lectura de voltaje más baja posible. Cuando las escobillas estén en el punto neutro correcta, el voltaje entre los postes de las escobillas adyacentes debe ser inferior a 0,01 voltios de CA (10 milivoltios). Si la lectura de voltaje supera los 0,01 voltios de CA, compruebe otros factores que podrían afectar el punto neutro, como los siguientes:
- Distancia irregular entre las escobillas
- La distancia entre escobillas debería ser la misma a lo largo de la circunferencia del colector (entre 3/64” o 1.2 mm).
- Las escobillas no están completamente asentadas
- Si las escobillas están parcialmente asentadas, pueden haber distancias diferentes entre ellas. Además, a medida que las escobillas se desgastan, el punto neutro se desplazará y provocará chispas.
- Un problema de espaciado en los devanados en derivación o en los interpolos. Este problema podría presentarse si los orificios para los pernos en la carcasa son demasiado grandes o si alguien perforó y roscó nuevos orificios en una bobina de campo después de que se rompiera un perno.
- La misma tolerancia de 3/64” (1.2 mm) aplica para el espaciado de las bobinas del campo y los interpolos.
- Una vez ajustado el punto neutro, marque la posición del porta escobillas para identificar la po sición neutra. Si la nueva configuración difiere de la posición original, investigue la causa.
Consejo: Para grandes máquinas (1000 hp (750 kW) o más), algunos fabricantes utilizan una posición de "neutro de trabajo" en lugar de ajustar con precisión la intensidad de los interpolos. (Consulte la sección de Teoría de FDC para obtener más información).
Nota: Un método que algunos utilizan consiste en hacer funcionar el motor en ambos sentidos de giro con la misma corriente de campo y tensión de armadura. La velocidad debe ser la misma en ambas direcciones, con una diferencia máxima del 1% o 3 rpm, lo que sea mayor. Esta prueba requiere ajustes precisos de la corriente de campo y solo es fiable cuando se prueba el motor con carga.
Polaridad de los interpolos
Esto se debería denominar con mayor precisión, polaridad relativa de los interpolos y la armadura.
La polaridad de los interpolos debe ser tal que se opongan al flujo magnético del inducido (Figura 3). Si dicha polaridad es incorrecta, generalmente se producen chispas intensas en las escobillas. En algunos casos, la polaridad invertida de los interpolos puede provocar una descarga disruptiva cuando el motor está bajo carga.
Este es el error más común que cometen los técnicos. Cualquiera de las siguientes reparaciones comunes puede provocar que la polaridad del inducido con respecto a la de los interpolos se invierta: se retira el conjunto de escobillas para su limpieza; los interpolos o el inducido pueden haber sido rebobinados; los cables de los interpolos pueden haber sido reemplazados.
Se puede aplicar una tensión de CA de bajo voltaje, típicamente de 20 a 30 voltios, al circuito de la armadura y los interpolos (Figura 4) para verificar la polaridad relativa correcta.
La tensión se aplica a dos postes de escobillas adyacentes (polaridad opuesta), y la tensión de salida se mide entre los cables A1 y A2 en la caja de terminales. La tensión de salida debe ser menor que la tensión de entrada si la polaridad de los interpolos es correcta. El principio que se aplica aquí es que la oposición de los polos de conmutación al flujo del inducido es similar a un autotransformador reductor; la polaridad correcta da como resultado una menor tensión de salida combinada del circuito de armadura e interpolos. La tensión de salida típica de los interpolos con polaridad correcta es aproximadamente de 1/2 a 2/3 de la tensión de entrada. Si la tensión de salida es mayor que la de entrada, invierta los cables de los interpolos en los portaescobillas. Si las tensiones son iguales, los polos de conmutación están mal conectados, o un número igual de ellos se oponen entre sí, o la armadura está conectado para la configuración incorrecta. Por lo tanto, verifique si hay polaridad incorrecta. Si la tensión es significativamente menor de lo esperado, existen dos posibilidades:
- Los interpolos han sido conectados con menos circuitos (ej, serie en vez de serie-paralelo), o
- Motores con devanados de compensación que normalmente desarrollan un voltaje de salida muy bajo.
Un segundo método para confirmar que la polaridad relativa es correcta consiste en desplazar el porta escobillas fuera de la posición neutra (en cualquier dirección) y aplicar corriente continua únicamente a los terminales A. Es importante repetir que, para esta prueba, los devanados de excitación en derivación no están energizados. Aumente la tensión del circuito del inducido solo lo suficiente para que se produzca la rotación. El inducido debería girar en la misma dirección en la que se desplazó el conjunto de escobillas. Si el inducido gira en la dirección opuesta al movimiento del porta escobillas, intercambie los cables en los bornes de las escobillas.
Consejo: Si está capacitando personal y desea convencerlos de la eficacia de este método, mueva el porta escobillas del punto neutro en la dirección opuesta para demostrar que la rotación de la armadura también cambia.
Polaridad campo compuesto (Serie-Shunt)
Las polaridades de las bobinas del campo serie y shunt en el mismo polo deben ser iguales, es decir, de excitación compuesta acumulativa. Si bien existen aplicaciones poco comunes en las que una máquina de CC funciona con excitación compuesta diferencial, la identificación de los terminales debe ser la misma tanto para máquinas de excitación compuesta acumulativa como diferencial. Por lo tanto, la próxima prueba es especialmente importante. Existen dos métodos comunes para confirmar que la identificación de los terminales de los campos shunt y serie es correcta.
Método 1
Cuando el devanado en serie tiene solo una o dos espiras, como en una máquina de derivación estabilizada (stabilized shunt), se utiliza el Método 1. Primero, conecte un voltímetro análogo de CC (con una escala máxima de 3 voltios) a los terminales del devanado serie, con el terminal positivo del voltímetro conectado a S1. Utilizando una fuente de alimentación de CC (una batería de 6 voltios funciona bien), conecte el terminal negativo de la fuente al terminal F2 y toque el terminal F1 con el terminal positivo de la fuente de alimentación de CC. Observe la deflexión en el voltímetro. Si la aguja del voltímetro se desvía hacia arriba (positivo), los terminales de los devanados están correctamente marcados. Si el voltímetro se desvía hacia abajo (negativo), los terminales del devanado en derivación o del devanado en serie están marcados incorrectamente.
Método 2 (preferido)
La ventaja de esta segunda prueba es que, si los terminales están mal marcados, sabrá qué conjunto de terminales es el incorrecto. Simplemente, ponga en marcha la máquina primero como motor en derivación y luego como motor en serie. Conecte F1 al positivo y F2 al negativo de una fuente de alimentación de CC, luego conecte A1 al positivo y A2 al negativo de la otra fuente de alimentación de CC y arranque el motor, observando el sentido de giro. Si los terminales están marcados correctamente, el motor debería girar en sentido antihorario visto desde el lado colector. Dejando A1 conectado al positivo, desconecte los terminales F1 y F2, conecte A2 a S1 y conecte S2 al terminal negativo de la fuente de alimentación. Aumente el voltaje solo lo suficiente para que gire; también debería girar en sentido antihorario visto desde el lado colector. La ventaja de este método es que, si la prueba en derivación o la prueba en serie dan como resultado un giro en sentido contrario, sabrá que esos son los terminales marcados incorrectamente.
Consejo: Cuando se encuentre con una máquina cuyas conexiones estén marcadas incorrectamente, informe a su cliente para que no conecte el motor de forma diferencial por error durante la instalación.
DISPONIBLE EN INGLÉS
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