Detección de fallos en motores de inducción mediante sonda Rogowski sin integrador

1 1 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. 1.El motor de inducción

JCEE 2007 2 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.

3 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.

4 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)

5 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.

6 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 medias Frecuencias bajas Donde Z2 es el numero de ranuras o barras del rotor y k = 0,1,3,5,…

7 4. Medida de corrientes – Resistencia shunt – Sensores de efecto Hall – Transformadores de corriente – Bobina Rogowski

8 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)

9 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.

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

11 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)

12 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.

13 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.

14 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.

15 Motor sano

16 5. 2. Barra rota

17 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)

18 5.3. Espira cortocircuitada

19 Espira cortocircuitada

20 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.