Pruebas sin carga

Las pruebas sin carga tienen diversos objetivos, se realizan de manera rutinaria algunas de ellas, como lo es la prueba de vacío, después de un mantenimiento o de una reparación de los enrollados de un motor. Pueden tener dos alternativas, una de ellas es valorar el estado técnico del motor, como son sus ruidos, el estado de sus rodamientos y aislamientos, etc. O determinar los parámetros del circuito equivalente y sus pérdidas. En general las pruebas sin carga son:

 Prueba de rotor libre o en vacío

 Prueba de rotor trancado o en cortocircuito

 Medición de la resistencia de los devanados y de la temperatura ambiente  Medición de la relación de transformación entre los devanados del estator y

rotor (rotor bobinado)

Prueba de rotor libre o en vacío:

Operando al motor en vacío, sin carga en el eje, se alimenta a voltaje nominal, lo cual es lógico, ya que las pérdidas magnéticas dependen cuadráticamente del voltaje. Al girar en vacío, alcanza el motor su máxima velocidad, muy próxima a la velocidad sincrónica, la corriente consumida prácticamente es la de excitación, por lo que es despreciable la corriente por el rotor. La potencia activa consumida se convierte en pérdidas (rotacionales y de cobre en el estator).

En ella, primeramente se chequean los ruidos para determinar si hay vibraciones, rodamientos dañados, desbalances magnéticos por grupos o conexiones mal realizadas, etc. Se chequea la velocidad y se observa su proceso de arranque.

Además se analiza la corriente de vacío con respecto a su valor nominal, para ver si está en el intervalo normal de 30 – 50 %·Inom. Estos aspectos iniciales definen si el

motor se encuentra en buen estado.

La prueba de vacío debe realizarse con una fuente de voltaje sinusoidal y se debe tener disponible una fuente variable de voltaje, se recomienda [1] , [3] , [8] , [11] , [18] , etc., realizar la misma variando el voltaje en el intervalo de 0.5·Vnom a 1.2·Vnom. En

esta prueba se miden los valores de potencia (P0), voltaje (V0) y corriente de vacío

(I0). Lo cual permite evaluar el grado de saturación del circuito magnético del motor, y

determinar por separado las pérdidas magnéticas y mecánicas (fricción y batimiento). Se recomienda por tanto trazar las características de P0, I0 ycos φ0 contra V0, como se

muestra en la Fig. No. 2.1.

Fig. No. 2.1 Características de vacío de un motor de inducción

De las mismas se puede concluir cuan bajo es el factor de potencia en vacío a voltaje nominal, en este valor la corriente de magnetización es más alta y será aún mayor si el circuito magnético de la máquina se satura más, mientras trabaje en la zona lineal, la variación de I0 con V0, será lineal. Lo normal es que el mismo opere en la rodilla de

la curva de saturación.

A partir de ella [6] , [11] , se determinan las pérdidas rotacionales (Prot), que no es

más que la sumatoria de sus pérdidas magnéticas (Ph+e) y sus pérdidas mecánicas

(Pfb). En vacío, la potencia consumida será igual:

Si la prueba de vacío se realiza a varios voltajes se pueden separar sus componentes y eso brinda la alternativa de considerar sólo en la rama de magnetización las pérdidas magnéticas, y las de fricción y batimiento en el rotor, variante de mayor exactitud, porque se consideran exactamente en el lugar donde físicamente se producen.

Fig. No. 2.2 Característica de Prot vs V02

A partir de los datos a voltaje nominal se puede hallar el valor de Xm, se tienen en

cuenta los valores nominales de la corriente y el voltaje, utilizando los valores promedios. Si V0 medido ≈ Vnom, para la conexión Y

Z0 = (V0 medido/√3)/I0 medida (2.4)

(R1 medida + Rm) = P0 medida/ (3I0 medida2) (2.5)

(X1 + Xm) = √ [Z02 – (R1 medida + Rm)2] (2.6)

De ahí que, Xm = √ [Z02 – (R1 medida + Rm)2] - X1

Es necesario el valor de X1 que se determina de la prueba de rotor trancado. Prueba de rotor trancado o en cortocircuito:

El ensayo de rotor trancado se efectúa teniendo inmovilizado el rotor de la máquina, para esto, el eje del rotor se fija adecuadamente. A fin de que la corriente de cortocircuito no alcance un valor excesivo, el voltaje aplicado en los terminales, debe ser menor que el valor nominal de la tensión[18].

Lo convencional es realizar la prueba a corriente y frecuencia nominal, (método 4 para pruebas de rotor bloqueado de la IEEE – 112). Ello trae consigo buenos resultados en el cálculo de los parámetros para el circuito equivalente en la zona de operación con carga. Sin embargo, tales parámetros pueden llevar a un cálculo erróneo en condiciones de arranque, al no considerar el efecto de la saturación del flujo disperso cuando por el motor circulan altas corrientes que provocan una disminución de las reactancias de dispersión y más aún cuando las ranuras del rotor son cerradas o cuando la clase de diseño del motor presenta efecto pelicular en el arranque.

Esta prueba al ser realizada a varios valores de corriente por variación del voltaje aplicado, permite obtener las características del tipo de ranura y sus valores en el arranque si se extrapola la misma hasta voltaje nominal, y se determinan dichos parámetros para esta condición específica. En forma general se mide la potencia (Pcc) y la corriente (Icc) a diferentes valores de voltaje, y a través de estos datos se

determina la resistencia equivalente (Req) y la reactancia equivalente (Xeq) de los

devanados del motor, para luego calcular Zeq. En el caso de la conexión delta, se

divide la corriente entre √3 y no el voltaje. El caso más simple es determinarlos a corriente nominal Icc medida ≈ Inom,entonces:

Zeq = (Vcc medido/√3)/Icc medida (2.7)

Req = Pcc medida/ (3·Icc medida2) (2.8)

Xeq = √ (Zeq2 - Req2) (2.9)

Fig. No. 2.3 Características de cortocircuito

Se debe realizar la corrección de la resistencia según la temperatura admisible por sus devanados, tomando como referencia la temperatura ambiente bajo la cual se realizó la misma.

Para separar adecuadamente las componentes de Xeq, debe conocerse la clase de

diseño, estipulada por la NEMA y mostrada en la Tabla No. 2.3.

Tabla No. 2.3 Relación entre las reactancias de los devanados en función de la clase de diseño NEMA MG-1-2003

Clase de diseño A y D B C

X1/ X2 1 0.67 0.43

Resumiendo, la metodología a utilizar para el cálculo de parámetros será: 1. Medición de R1 y de la temperatura ambiente

2. Realización de la prueba de vacío y la prueba de cortocircuito

3. Procesamiento de los resultados alcanzados; según el caso seleccionado del circuito equivalente

4. Trazado de características con vista a evaluar determinados fenómenos 5. Cálculo de los parámetros (con el MATLAB o a través del MOTRIFA)

6. Corrección de la resistencia según la temperatura admisible por sus devanados de acuerdo con la clase de aislamiento.