Mike Howell, PE
Especialista de Soporte Técnico de EASA 

La prueba de equilibrio de fases se describe brevemente en la sección 4.2.8 de la norma ANSI/EASA AR100-2020. Otros nombres para esta prueba incluyen prueba de impedancia de estator abierto, prueba del balín, prueba de rotor pequeño y prueba de rotor artificial. La prueba de equilibrio de fases se utiliza de alguna forma en muchos centros de servicio, tanto para solucionar problemas y también como control de calidad antes del tratamiento final del devanado. El enfoque típico es aplicar un voltaje trifásico reducido y balanceado en los terminales del devanado del estator sin instalar el rotor y luego evaluar el balance y la magnitud de la corriente resultante. Los criterios de aceptación difieren, pero una expectativa razonable es que la corriente debe estar equilibrada dentro del 10% de la corriente promedio.

Además, la corriente de placa se debería obtener al aplicar entre el 12 y el 20% de los voltios por hercio nominales. Por ejemplo, si la placa de un motor indica 460 V 60 Hz (7,7 V/Hz), normalmente se obtendrá la corriente de placa en algún punto entre 55 V y 90 V si se realiza la prueba a 60 Hz. Si el motor es de 460 V, 200 Hz (2,3 V/Hz), se esperaría que la corriente nominal estuviera en un 60/200 = 30 % de ese rango o entre 17 V y 27 V si se prueba a 60 Hz. Aunque al llevar a cabo esta prueba la corriente estará muy cerca de la corriente a plena carga, el campo magnético generado será muy bajo. Esto se debe a que al no estar instalado el rotor la reluctancia del circuito magnético aumenta significativamente. En la Figura 1, la imagen superior ilustra una fase de un estator de 4 polos de 40 hp (30 kW) a una corriente nominal (52 A) y que está cerca de la densidad de flujo magnético del entrehierro (100 000 líneas/pul² o 1,6 T). Sin el rotor, como se muestra en la imagen inferior de la Figura 1, la misma corriente del estator da como resultado una densidad de flujo magnético en el entrehierro mucho menor (12 000 líneas/pul² o 0,2 T). En consecuencia, esta prueba no es adecuada para evaluar la condición del núcleo del estator.

Sin embargo, es muy útil para identificar conexiones mal soldadas, errores de conexión y fallos de bobinado cuando se emplean los voltios por hercio nominales, alrededor del 75 al 100% de la corriente nominal y con imágenes termográficas complementarias. 

Ejemplos básicos de datos de prueba
En la Figura 2, tenemos los resultados de las pruebas y los cálculos para un estator de 20 hp (15 kW), 4 polos, 460 V, 60 Hz, 24 A. Se logró una corriente de prueba razonablemente equilibrada cercana a la corriente nominal aplicando el 13,5 % del voltaje nominal a 60 Hz. Estos resultados de prueba son aceptables.

En la Figura 3, tenemos los resultados de las pruebas y los cálculos para un estator de 50 hp (37 kW), 4 polos, 400 V, 80 Hz, 68 A. En este caso, la prueba se realizó a 60 Hz, pero la máquina tiene una frecuencia de 80 Hz. Esto se debe tener en cuenta en los cálculos. El voltaje nominal equivalente a 60 Hz es 400 V / 80 Hz * 60 Hz = 300 V. Se logró una corriente de prueba razonablemente equilibrada cerca de la corriente nominal aplicando el 15,9 % del voltaje nominal ajustado para 60 Hz. Estos resultados de prueba son aceptables.

En la Tabla 1 se brindan algunos consejos para interpretar los datos de prueba. Debido a la amplia variación en los diseños, se debe tener en cuenta que esta prueba es buena para encontrar problemas importantes, pero ciertamente no es una solución general ni un sustituto de las otras pruebas que normalmente se realizan en los devanados.

Tabla 1: Guía de Diagnóstico para la Prueba de Equlibrio de Fases
Condición del devanado	Experada a 12-20% V/Hz
Correcta	≈ 100% FLA
Conectado en ESTRELLA debería ser DELTA	≈ 30% FLA
Conectado en DELTA, debería ser ESTRELLA	≈ 300% FLA*
Conectado con la mitad de los circuitos requeridos	≈ 50% FLA
Conectado con el doble de los circuitos requeridos	≈ 200% FLA
Vueltas o paso del devanado desviados levemente	Probably won't catch it
Otros problemas en el bobinado se pueden detectar evaluando el balanceo de las corrientes y empleando termografía.
* Si tiene una fuente de voltaje variable, no aumente el voltaje al obtener la corriente nominal y evalúe el voltaje. FLA: Corriente nominal

 

Variaciones de prueba comunes
Un rotor pequeño girará de manera uniforme y suavemente si no hay bobinas o grupos invertidos. Se utilizan dispositivos comerciales como el Spindicator que se muestra en la Figura 4, rotores de inducción pequeños y rodillos para puertas de garaje. Este método es preferible a hacer girar un balín.

Un balín girará alrededor del diámetro interior del estator debido al campo magnético rotativo del estator, como se muestra en la Figura 5. Sin embargo, las bobinas invertidas y los problemas en la superficie del estator pueden afectar la rotación, lo que hace que este método sea menos preferido. El impulso inicial que se debe dar al balín puede ayudarlo a pasar un punto muerto o una bobina invertida, lo que hace que el técnico pase por alto el problema.

Prueba mejorada con termografía
Algunas veces, los problemas se pueden detectar fácilmente empleando termografía al realizar la prueba de equilibrio de fases.

• Figura 6: Algunas veces se pueden detectar corto entre espiras con la termografía. Si el devanado no está enresinado la reparación puede ser una opción.
• Figure 7: Las conexiones de alta resistencia y débiles causan calentamiento que se puede detectar con termografía.
• Figura 8: Se pueden identificar fácilmente devanaos mal conectados. Este gran devanado de 2 polos tiene conexiones equipotenciales equivocadas.
• Figure 9: Otro devanado mal conectacdo – la fase C tiene dos circuitos y se conectó mal con más bobinas en un circuito que en el otro causando circulación de corrientes parásitas y ruido eléctrico.

Resumiendo
La prueba de equilibrio de fases es un método simple y efectivo para diagnosticar algunos problemas en los devanados existentes y para inspeccionar devanados nuevos antes del tratamiento final. Incluir termografía mejora el diagnóstico, lo que es una adición valiosa para el proceso de prueba. Este enfoque ya no es tan costosos como lo era antes y permite ofrecer a sus clientes valiosos servicios al detectar errores costosos mientras la reparación sea posible.

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