Motores de inducción - Mantenimiento (Ingeniería)

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Mantenimiento predictivo en motores de inducción aplicando técnicas de inteligencia artificial y teoría de desequilibrios electromagnéticos

Mantenimiento predictivo en motores de inducción aplicando técnicas de inteligencia artificial y teoría de desequilibrios electromagnéticos

Mediante nuestro sistema de mantenimiento de los rodamientos de los motores de inducción, el departamento de mantenimiento podrá determinar de manera sencilla el momento exacto en el que tendrá que sustituir los rodamientos del motor de inducción mediante una gestión de la información rápida y eficaz. Esto hace que se puedan gestionar las personas de forma eficiente y segura, y se disminuya los stocks de rodamientos en el almacén disminuyendo los costes de tener material parado, los costes del departamento de mantenimiento y los costes debidos a un paro inesperado de las líneas de producción. A continuación, se va a detallar el software creado para la gestión de los datos en el mantenimiento predictivo de los rodamientos en los motores de inducción y las ventajas que tiene su uso para los diferentes departamentos de nuestra empresa.
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MANTENIMIENTO PREDICTÍVO, PRUEBAS ELÉCTRICAS EN MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

MANTENIMIENTO PREDICTÍVO, PRUEBAS ELÉCTRICAS EN MOTORES ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN

El mantenimiento predictivo es uno de los métodos para llevar a cabo el mantenimiento de un motor eléctrico de inducción. Este mantenimiento consta de varios sistemas como: sensores de vibración, sensores de temperatura, pruebas estáticas, pruebas dinámicas y monitoreo de estos. La investigación trata del mantenimiento predictivo basado no en fuentes externas sino en al análisis eléctrico del motor de inducción. Este tipo de mantenimiento predictivo ayuda a diagnosticar el estado eléctrico del motor, mediante un sistema ordenado de pruebas eléctricas se puede saber el estado y estimar el tiempo de trabajo útil del motor hasta un próximo mantenimiento.
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Aportaciones al mantenimiento predictivo de motores de inducción mediante una metodología de diagnóstico basada en el uso combinado de técnicas estadísticas y redes neuronales artificiales

Aportaciones al mantenimiento predictivo de motores de inducción mediante una metodología de diagnóstico basada en el uso combinado de técnicas estadísticas y redes neuronales artificiales

Según Marwala [MAR12], la teoría generalizada de la monitorización de estado se ilustra en la Fig. 3.1, con un esquema por bloques. Esta figura muestra en el primer bloque que hay un dispositivo de adquisición de datos, cuya función principal es la de medir una señal o señales del sistema o máquina. Ejemplos de estos dispositivos de medición son: termómetros, acelerómetros, o galgas extensométricas. El segundo bloque en la Fig. 3.1 contiene el dispositivo de análisis de datos, cuya función es la de analizar los datos adquiridos por el dispositivo anterior. Ejemplos de este tipo de métodos son wavelets, la transformada de Fourier, la distribución Wigner-Ville, la transformada de Hilbert, entre otros. El tercer bloque representa la técnica de selección y cuantificación de características relevantes para la detección de fallos; en algunos casos se utilizan características señaladas por estudios físicos del sistema. Por ejemplo, en el caso de barras rotas en motores de inducción se sabe que aumentan unas bandas en el espectro de la corriente estatórica ubicadas a unas frecuencias específicas que dependen del deslizamiento y la frecuencia fundamental. Para seleccionar qué características utilizar en el proceso de monitorización se pueden aplicar métodos como el análisis de componentes principales o el análisis de componentes independientes. El dispositivo de toma de decisiones, que figura en el cuarto bloque, es una infraestructura o metodología, cuya principal función es la de interpretar las características seleccionadas e inferir con ellas el estado del sistema o máquina. Este tipo de metodología incluye técnicas estadísticas como regresión logística, análisis discriminante o arboles de decisión, métodos de inteligencia artificial tales como redes neuronales, máquinas de vectores de soporte, lógica difusa, sistemas expertos o combinaciones de estas técnicas. El resultado del proceso es el diagnóstico de la condición del sistema o proceso.
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Selección energética y económica de los motores de inducción

Selección energética y económica de los motores de inducción

Otro aspecto relevante a considerar es el efecto que el mantenimiento y conservación de los motores posee sobre la eficiencia de los mismos. En efecto, la lubricación, limpieza y rebobinado afectan el rendimiento del motor. Un rebobinado inadecuado puede producir una disminución de la eficiencia de alrededor de 2% a 4% en la vida útil del motor. En general puede afirmarse que las fallas mecánicas (fallas de rodamientos, torsión de ejes, mal montaje, etc.) constituyen entre un 50 a 60% de las fallas de los motores y del orden de un 30% son fallas eléctricas (principalmente cortocircuitos y, en menor medida, barras cortadas en las jaulas de ardilla). Adicionalmente, un motor eficiente tiene un mejor rendimiento para los distintos niveles de carga y un mejor factor de potencia. La tabla siguiente resume los valores medios del factor de potencia para un motor estándar y uno eficiente de 30 kW operando ambos bajo cargas variables.
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD PARA MOTORES DE INDUCCIÓN TRIFÁSICOS

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD PARA MOTORES DE INDUCCIÓN TRIFÁSICOS

La velocidad variable es una necesidad en cualquier industria, ya que permite el control de un proceso o sistema con el gasto mínimo de materia prima y energía. El motor de corriente alterna, es un motor que requiere poco mantenimiento y es robusto e ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales; pero tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a control de velocidad. La velocidad del motor asincrónico depende de la forma constructiva del motor y también de la frecuencia de alimentación. Debido a que la frecuencia y voltaje de alimentación entregada por las compañías de electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrónicos es también constante, salvo que varíe el número de polos, o la frecuencia del motor. El método más eficiente para controlar la velocidad de un motor es por medio de un variador electrónico de frecuencia. El variador de velocidad regula la frecuencia aplicada al motor, logrando modificar así su velocidad pero manteniendo constante la relación voltaje/frecuencia para que permita mantener el torque del motor.
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Estudio de las fallas en los motores de inducción de la planta de calcinación y sínter

Estudio de las fallas en los motores de inducción de la planta de calcinación y sínter

El MCM automáticamente aprende sobre el propio entorno normal de funcionamiento de los motores a fin de que pueda determinar y diagnosticar con precisión fallas, mucho antes de que éstas se conviertan en una amenaza real que ponga en riesgo la disponibilidad de una línea de producción. Al mantener una vigilancia permanente sobre el motor se reduce de manera importante la necesidad de revisiones continuas a cargo de especialistas de diagnóstico de fallas. Inicialmente, esta tecnología fue desarrollada para los motores principales de los transbordadores espaciales, los motores a reacción y para motores de helicóptero en los EE.UU., con fondos de la NASA, del Ejército de EE.UU., Pratt & Whitney y del Estado de Florida. Hoy, esta tecnología está disponible en Chile, para el mantenimiento predictivo y preventivo de motores eléctricos de inducción de las industrias, a través de su representante exclusivo CONECTA S.A.
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Simulación del comportamiento de motores monofásicos de inducción

Simulación del comportamiento de motores monofásicos de inducción

Los motores de inducción de corriente alterna son dispositivos muy utilizados en aplicaciones que requieren una velocidad de operación constante. Con ciertas tecnologías modernas esta tendencia fue cambiando en los últimos años y por medio de inverters es posible encontrar motores de inducción de corriente alterna en aplicaciones que requieren velocidad variable en reemplazo de motores de corriente continua. En general el motor de inducción es más económico y de fácil mantenimiento si se lo compara con otras alternativas como por ejemplo el ya mencionado motor de corriente continua. [2]
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Estudio del comportamiento de motores de inducción ante fallas estatóricas

Estudio del comportamiento de motores de inducción ante fallas estatóricas

El mantenimiento predictivo es una filosofía que ha sido ampliamente difundida en el sector pro- ductivo y en especial en equipos en movimiento como las máquinas eléctricas [1]. Para estas últimas, se han desarrollado variadas técnicas de diagnóstico [2-3], pero las más aplicadas son las que involucran análisis de vibraciones [1, 4], análisis espectral de corriente [5], análisis del flujo axial de dispersión [6] y las más recientes que combinan modelos de simulación del com- portamiento de las fallas [7] y la aplicación de redes neuronales artificiales para identificar las fallas entre espiras del estator [8].
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Banco de pruebas para motores de inducción

Banco de pruebas para motores de inducción

El Motor de Inducción –MI es ampliamente usado en la industria, llegando a remplazar en un amplio porcentaje al motor Corriente Directa –MCD-. Los MI se caracterizan por un mantenimiento más simple y su operación más sencilla, además de su robustez, menor costo, confiabilidad, versatilidad y los rangos de velocidad y par amplios. Las estrategias más utilizadas para el control industrial del MI son el control V/f, el control vectorial y el control directo de par –DTC-. A partir de los 90´s, en control por campo orientado –CCO- se han usado estimadores y observadores de flujo en lugar de sensores, el desarrollo de la teoría de estimación y de observadores permitió no sólo observar el flujo, sino también la variable de velocidad del rotor en el MI midiendo los voltajes y corrientes en el estátor [1].
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Simulación de motores de inducción para diferentes estados de cargas

Simulación de motores de inducción para diferentes estados de cargas

Los motores trifásicos de inducción son ampliamente utilizados en la actualidad en una gran cantidad de aplicaciones industriales y comerciales. Dichos motores constituyen; de hecho, el tipo de máquina eléctrica rotatoria más usado como fuente de energía mecánica para el accionamiento de disimiles tipos de cargas, esta amplia aplicación está justificada sobre la base de sus características, que van desde su fortaleza constructiva, su relativamente bajo costo con respecto a otras máquinas eléctricas rotatorias, su también relativamente simple y económico mantenimiento y su fiabilidad. El análisis del comportamiento de las principales magnitudes del motor al operar cargas cuyos momentos varían en función de la velocidad puede dar indicios que contribuyan a una más acertada selección y explotación. La experimentación real para esa condiciones con cargas de diferentes tipos es engorrosa y relativamente costosa, elementos que con el desarrollo alcanzado por la simulación pueden simplificarse. El trabajo que se presenta tiene como objetivo general implementar modelos de la máquina de inducción que permitan; mediante la simulación, el análisis del comportamiento de sus magnitudes fundamentales al accionar diferentes tipos de cargas mecánicas. Para ello se desarrollan diferentes modelos con las herramientas del Matlab/Simulink. Los resultados obtenidos demuestran que el comportamiento de las magnitudes analizadas aunque aproximadamente similares en sus formas de variación exhibe diferencias en los tiempos de respuesta ante los cuatro tipos de carga clásicos.
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REGULACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

REGULACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

Desde la aparición de la electrónica de potencia su aplicación a la regulación de velocidad se centró en los motores de corriente continua, los cuales, por naturaleza, son especialmente aptos para esta misión. Sin embargo los motores de corriente alterna aventajan al de continua en una mayor robustez, menor tamaño a igual potencia y en el caso de asíncrono de rotor en cortocircuito la ausencia de colector (que le permite trabajar en atmósferas peligrosas) y un casi nulo mantenimiento, el precio también resulta inferior. Por todo esto, cuando el desarrollo de la electrónica de potencia lo ha permitido, se ha comenzado una carrera para que en la mayoría de las aplicaciones que requieran regulación de velocidad el motor de inducción desplace al de corriente continua. Aquí no se trata de entrar a comparar ambos sistemas ni cual elegir en función de la aplicación, sino simplemente exponer los principios de la regulación de motores de inducción.
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Propuesta metodológica para la reducción de fallas de motores trifásicos de inducción

Propuesta metodológica para la reducción de fallas de motores trifásicos de inducción

La metodología contempla la descripción de la apariencia de falla, el tipo de aplicación y las condiciones de mantenimiento del equipo, que permitan deducir las posibles causas de la falla. Parte importante es conocer el patrón 3 y modo 4 de falla, ya que, cada uno de ellos se asocia a una o varias causas de falla. Para ello, se logra diseñar un cuestionario que permita obtener el patrón y modo de falla a partir de la observación del estado de los componentes, llamada cuestionario de Apariencia (ver apéndice Nº 2). Una vez definido el modo y patrón de la falla encontrado, se procedió a determinar los tipos de estrés a los que está sometido el motor, para ello, se cuenta con un conjunto de preguntas que sirven de guía para conocer las posibles causas de falla del motor provenientes del tipo de aplicación, llamado cuestionario de aplicación (ver apéndice Nº 3).
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Aplicación de las redes neuronales en los sistemas de control vectorial de los motores de inducción

Aplicación de las redes neuronales en los sistemas de control vectorial de los motores de inducción

Los sistemas de control vectorial o bien de campo orientado y el control directo del par (DTC) realizan esta separación. Permiten al motor de inducción alcanzar prestaciones semejantes a las del motor de corriente continua. Esta característica unida a su bajo costo y a su poco mantenimiento hacen que estos motores se estén imponiendo en las aplicaciones industriales como servomotores. En el control directo del par, el motor y el ondulador forman prácticamente una unidad y todos los procesos de conmutación del ondulador dependen del estado electromagnético del motor. Por esta razón, el sistema DTC permite pilotar rápida y flexiblemente los motores trifásicos, obteniéndose un tiempo de respuesta del par sumamente corto con respecto al control vectorial.
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Metodología para el diagnóstico vibro eléctrico de motores de inducción

Metodología para el diagnóstico vibro eléctrico de motores de inducción

En otro trabajo realizado por este autor y otros presenta el desarrollo de un sistema de detección automática de fallas en barras o anillos de cortocircuito en los rotores de las máquinas de inducción. El sistema propone una detección “on-line” de las fallas a partir del censado de la corriente de una fase del estator. Una interfaz gráfica permite observar el estado del rotor y ponderar la gravedad de las fallas por medio de índices apropiados. El sistema propuesto se aplica sobre un banco de pruebas experimental que permite evaluar su capacidad de diagnóstico. Este sistema es efectivo a escala de laboratorio y para el monitoreo de algunos motores importantes, no así a la hora de establecer un programa de mantenimiento predictivo, donde los motores se examinan in situ y constituyen una gran cantidad. No involucra el análisis de vibraciones.
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Diseño e implementación de un arrancador suave para motores de inducción trifásicos

Diseño e implementación de un arrancador suave para motores de inducción trifásicos

Este campo magnético giratorio influye sobre las barras del rotor generando un voltaje en ellas. El voltaje es determinado por el producto cruz entre la velocidad y la magnitud del campo, multiplicado por el largo del conductor, en este caso la barra. Este voltaje inducido en el rotor produce un flujo de corriente en el rotor que atrasa al voltaje, debido a la característica inductiva del mismo. La corriente a su vez produce en campo magnético en el rotor, el cual interactúa con el campo magnético neto para producir un par o torque. El torque puede llamarse la “fuerza de torsión” aplicada al eje de rotación, y se define como el producto de la fuerza aplicada al objeto multiplicado por la distancia mínima entre la línea de acción de la fuerza y el eje de rotación del objeto. En el caso específico del los motores de inducción, se define por la siguiente ecuación:
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Evaluación  energética  de  motores  de  inducción  mediante expresiones aproximadas

Evaluación energética de motores de inducción mediante expresiones aproximadas

En la selecci ón de los motores eléctricos deben considerarse varios factores, para lograr su modo de operaci ón m ás eficiente y confiable en condiciones reales de operación y explotaci ón. Los motores asincrónicos si están subcargados, lo cual es una condición muy frecuente, tienen un factor de potencia y eficiencia desfavorable desde el punto de vista econ ómico [2] [3] [5]. En el rango del 70 al 80% de su carga nominal lo hacen en condiciones pr óximas a la eficiencia máxima y en tal rango, esta no varía significativamente con la carga. Sin embargo, para cargas por debajo del 50% se hace m ás cr ítica esta situación. S i ellos tienen tanto peso en el consumo de energ ía, la reducción de la potencia demandada por cada punto de eficiencia mejorado ser á representativo desde el punto de vista econ ómico. Además, la selección adecuada del motor y el empleo de motores eficientes traen consigo importantes ahorros de energ ía.
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Método para estimar las variables de  comportamiento de motores de inducción en  servicio

Método para estimar las variables de comportamiento de motores de inducción en servicio

Como es común en la industria no todos los motores presentan completamente sus datos por lo que también se utilizó como catálogo de fabricante una base de datos MS Access, obtenida del software Motor Master+ 3.0, la cual brinda una amplia información técnica de dichos motores. Igualmente a los catálogos con los que se trabajó en la textilera, cada motor de la base de datos, contiene el tipo de motor (diseño, carcaza y tipo de eficiencia), sus datos nominales (voltaje, potencia, corriente, y velocidad), la velocidad sincrónica, los valores de eficiencia y factor de potencia para los estados de carga de 100, 75, 50 y 25%, la corriente de arranque y vacío, el torque máximo y de arranque, etc.
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Estimador de torque electrónico para motores de inducción Jaula de Ardilla

Estimador de torque electrónico para motores de inducción Jaula de Ardilla

El circuito equivalente de un motor de inducción es muy útil para determinnar la respuesta del motor ante cambios en la carga. Si embargo si se requiere un modelo de una máquina real, se debe determinar qué valores de los elementos entraran en el modelo(conocidos como parámetros del modelo). Como en muchos otros análisis de artefactos polifásicos, conviene realizar las pruebas para la máquina con conexión en Y de modo que las corrientes sean valores lineales y los voltajes siempre sean valores de línea a neutro. A demás al considerar que se está trabajando con una máquina con devanados polifásicos simétricos excitados por voltajes polifásicos balanceados, es posible observar el circuito equivalente para una fase, con el entendimiento de que los voltajes y corrientes en las fases restantes pueden ser encontrados simplemente mediante una desplazamiento de fase de las fases en estudio (+- 47 ◦ en el caso de una máquina trifásica). Los valores de los parámetros fueron obtenidos con una serie de pruebas las cuales son mencionadas a continuación. 1 .
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Medición de la eficiencia a motores de inducción utilizando el método de deslizamiento

Medición de la eficiencia a motores de inducción utilizando el método de deslizamiento

tendrán que medir más motores para poder determinar la confiabilidad de este método,. además hay una serie de restricciones en la medición que limita el número de muestras[r]

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Análisis espectral de señales para la detección de fallos de motores de inducción

Análisis espectral de señales para la detección de fallos de motores de inducción

Consiste en la ionización del aire que rodea a los bobinados. Aparece cuando el gradiente de tensión entre el conductor y el aire de su entorno supera el valor de rigidez dieléctrica del aire. En condiciones normales de presión y temperatura, la tensión crítica disruptiva a partir de la cual aparece el efecto corona es de 21 kV/cm. Este fenómeno se manifiesta en forma de crepitación sonora o zumbido, y en una corona violácea que rodea al conductor en los casos que se alcanza una determinada tensión critica visual. Si se lleva este efecto a los motores de inducción, las zonas críticas son las cabezas de las bobinas y las zonas donde se separan estas del núcleo magnético, produciéndose distorsiones en el campo. Para impedir que surja el efecto corona, lo que se hace es asegurar la uniformidad del campo por medio de pinturas semiconductoras (normalmente de grafito) aplicadas en la superficie exterior de las bobinas.
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