DETECCIÓN DE FALLOS EN MOTORES DE INDUCCIÓN MEDIANTE SONDA ROGOWSKI SIN INTEGRADOR Oscar Poncelas JCEE 2007

Índice 1.- El motor de inducción 2.- Importancia del mantenimiento 3.- Fallos en máquinas eléctricas 3.1.Técnicas para la detección de fallos 3.2. Método MCSA 4.- Medida de corrientes 4.1. Sonda Rogowski 4.2. Test experimental del transductor 5. Resultados experimentales 5.1. Motor sano 5.2. Barra rota 5.3. Espira cortocircuitada 6. Conclusiones JCEE 2007

1.El motor de inducción El motor de inducción es la máquina eléctrica más utilizada. Permite convertir energía eléctrica en mecánica. El 70% de las aplicaciones industriales, utilizan motores de inducción, y éstos consumen más del 50% de la energía generada en las naciones industrializadas. JCEE 2007 http://www.abb.com (18/12/2007) 3

2. Mantenimiento El mantenimiento predictivo de las motores de inducción, toma un rol importante en la industria. Los fallos deben ser detectados cuando todavía no afectan significativamente al funcionamiento de la máquina. De no ser así, la avería podría haber llegado dimensiones catastróficas en el momento de su identificación, reculando al modelo de mantenimiento correctivo. JCEE 2007

3. Fallos en máquinas eléctricas: -Fallos eléctricos Fallos en devanados debidos a una o más espiras en circuito abierto o cortocircuitadas. Conexión anormal de las espiras del estator. - Fallos mecánicos Barras rotas o anillo de rotor roto. Excentricidades dinámicas y/o estáticas. Fallos en cojinetes. JCEE 2007

3.1. Técnicas para la detección de fallos en motores y máquinas eléctricas en general: - Monitorización de campo magnético y medición del flujo axial. - Medición de temperatura, reconocimiento por infrarrojo. - Análisis espectral de ruido acústico y vibraciones. - Análisis espectral de corrientes. MCSA (Motor Current Signature Analysis) JCEE 2007

3.2. MCSA MCSA (Motor Current Signature Analysis) es uno de los métodos más utilizados. Se basa en la monitorización de la corriente de estator del motor y su posterior análisis espectral. Consiste en evaluar la amplitud relativa los diferentes harmónicos que aparecen en la corriente debido al fallo. Es un método no invasivo. JCEE 2007

Espira cortocircuitada: El método MCSA ha sido utilizado con éxito para identificar diferentes fallos. Barra rota: Espira cortocircuitada: m = 1,2,3,… es el número de harmónico, p = numero de pares de polos, y s = deslizamiento Frecuencias bajas Donde Z2 es el numero de ranuras o barras del rotor y k = 0,1,3,5,… Frecuencias medias JCEE 2007

4. Medida de corrientes - Resistencia shunt - Sensores de efecto Hall - Transformadores de corriente - Bobina Rogowski JCEE 2007

4.1. Bobina Rogowski Toroide con núcleo de aire o de material no magnético. Se induce una fuerza electromotriz en la bobina proporcional a la derivada de la corriente. M es la inductancia mutua de la bobina Rogowski (Henrios) JCEE 2007

Las ventajas del uso de sonda Rogowski frente a otros métodos de medida: No intrusiva. Aislamiento. No satura a altas corrientes y la bobina no se estropea por sobrecorrientes. Gran ancho de banda permitiendo por ejemplo, la medida de transitorios. Capacidad de medida de corrientes elevadas (El mismo tamaño de la bobina se puede utilizar para medir corrientes de 100A o 100kA). Buena linealidad debido a la ausencia de materiales magnéticos. Es posible utilizar un núcleo flexible. Bajo coste. JCEE 2007

Método tradicional de medida de corrientes mediante sonda Rogowski: Nuevo método propuesto: JCEE 2007

4.2 Test experimental del transductor Conductor por el cual circula una corriente de 0,2 A. Tensión de salida de un transductor comercial (+) y de un sensor Rogowski (o) Tensión de salida de la sonda Rogowski sin integrador, valores teóricos (+) y medidos (o) JCEE 2007

Circulando una señal de corriente cuadrada. Espectro de corriente de una señal cuadrada medido con Un sensor de corriente comercial y con la sonda Rogowski sin integrador. JCEE 2007

5. Resultados experimentales Se ha realizado diversas pruebas con motores de corriente alterna trifásicos de 1,1 kW. Primero con un motor sano, en segundo lugar con un motor con 8 barras rotas y finalmente con un motor con 8 espiras de una fase cortocircuitadas. La medida de corrientes ha sido realizada con tres transuctores: - Sensor comercial Tektronix TCPA300 - Sensor Rogowski tradicional - Sensor Rogowski sin integrador Los motores han sido alimentados a una frecuencia de 50 Hz. JCEE 2007

5.1. Motor sano Se ha elegido una frecuencia de muestreo de 10000Hz, y se han tomado 5000 muestras. La banda de análisis va de 0 a 2,5kHz con una resolución de 0,2Hz para la FFT. JCEE 2007

Motor sano JCEE 2007

5. 2. Barra rota JCEE 2007

Barra rota El método MCSA clásico se centra en las frecuencias que aparecen alrededor del harmónico principal f1(1±2s). Otros estudios proponen evaluar las frecuencias entorno al quinto harmónico f1(5-4s) y f1(5-6s) JCEE 2007

5.3. Espira cortocircuitada JCEE 2007

Espira cortocircuitada JCEE 2007

6.- Conclusiones Sensor Rogowski sin integrador mejora el comportamiento a altas frecuencias Válido para diagnóstico de motores con todas las ventajas de la sonda Rogowski tradicional. Elimina problemas integrador. JCEE 2007

Gracias por su atención JCEE 2007