¿Qué son los defectos del estátor? Fallas en los devanados de los motores • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, mulcheras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué son los defectos del estátor? Fallas en los devanados de los motores • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, mulcheras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué son los defectos del estátor? Fallos en los devanados de los motores.

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Comprensión de los defectos del estátor en los motores eléctricos

Definición: ¿Qué son los defectos del estátor?

Defectos del estátor Son fallas en los devanados estacionarios y el núcleo de los motores eléctricos, incluyendo fallas de aislamiento, cortocircuitos entre espiras, fallas entre fases, fallas a tierra, contaminación del devanado y daños por laminación. Las fallas en el devanado del estátor representan entre el 30% y el 40% de todas las fallas de motores, lo que las convierte en el segundo defecto más común en los motores después de las fallas de encendido. fallas de los rodamientos. Los problemas del estátor crean desequilibrios electromagnéticos característicos que producen vibración al doble de la frecuencia de línea (120 Hz para motores de 60 Hz, 100 Hz para motores de 50 Hz) y se puede detectar mediante desequilibrio de corriente, imágenes térmicas y pruebas de resistencia de aislamiento.

Comprender los defectos del estátor es fundamental porque a menudo se desarrollan lentamente a lo largo de meses o años, lo que brinda la oportunidad de una detección temprana, pero pueden progresar hasta una falla catastrófica que involucre incendios, daños extensos al motor o riesgos para la seguridad si no se abordan.

Tipos de defectos del estátor

1. Fallos de aislamiento

Pantalones cortos de vuelta a vuelta

  • Descripción: Falla el aislamiento entre espiras adyacentes en la misma bobina
  • Efecto: Los cortocircuitos provocan una corriente excesiva y generan calentamiento localizado.
  • Progresión: Comienza poco a poco y progresivamente va incorporando más giros.
  • Detección: Desequilibrio actual, puntos calientes en la termografía, vibración elevada de 2×f
  • Más común: Representa la mayoría de las fallas del estator.

Fallas entre fases

  • Descripción: Fallo de aislamiento entre diferentes fases
  • Efecto: Puede provocar una parada o daños inmediatos del vehículo.
  • Gravedad: Más severo que los pantalones cortos de curva a curva
  • Detección: Gran desequilibrio de corriente, puede activar la protección contra sobrecorriente

Fallas a tierra (de fase a trama)

  • Descripción: Falla el aislamiento del bobinado a la carcasa del motor
  • Problema de seguridad: Puede energizar la carcasa del motor, creando riesgo de descarga eléctrica.
  • Detección: Disparos de protección contra fallas a tierra, prueba de resistencia de aislamiento
  • Causas: Envejecimiento del aislamiento, contaminación, daños mecánicos, humedad

2. Daños físicos por enrollamiento

  • Daños mecánicos: Bobinas dañadas durante la instalación o el mantenimiento
  • Daños térmicos: El sobrecalentamiento degrada el aislamiento y el cobre
  • Contaminación: Aceite, productos químicos o polvo conductor en los devanados
  • Daños por humedad: Entrada de agua que provoca seguimiento y cortocircuitos
  • Daños por el coronavirus: El alto voltaje provoca ionización del aire y erosión del aislamiento.

3. Problemas de laminación

  • Cortocircuito en las láminas del núcleo (eficiencia reducida, calentamiento)
  • Laminaciones dañadas o sueltas
  • desplazamiento o cambio del núcleo
  • Genera pérdidas por corrientes parásitas y puntos calientes.

Causas de fallas del estátor

Degradación térmica

  • Sobrecarga: Calentamiento excesivo de los devanados por corriente superior a la capacidad de aislamiento
  • Refrigeración bloqueada: La ventilación inadecuada acelera el envejecimiento térmico.
  • Temperatura ambiente: Las altas temperaturas ambientales reducen la eficacia de la refrigeración
  • Arranque frecuente: Las corrientes de irrupción durante los arranques generan estrés térmico.
  • Vida útil del aislamiento: Cada 10 °C por encima de la temperatura nominal reduce a la mitad la vida útil del aislamiento.

Tensiones eléctricas

  • Sobretensiones: Rayos, transitorios de conmutación que someten el aislamiento a tensión
  • Desequilibrio de voltaje: Tensiones de fase desiguales que provocan corrientes circulantes
  • Sobretensión: Funcionamiento con tensión superior a la nominal
  • Efectos de VFD: La alta dV/dt de la conmutación PWM ataca el aislamiento.

Contaminación y medio ambiente

  • Humedad: La humedad o la entrada de agua reducen la resistencia del aislamiento
  • Polvo conductor: Partículas metálicas o polvo de carbono que forman puentes en el aislamiento
  • Productos químicos: Vapores corrosivos o de disolventes que atacan el aislamiento
  • Aceite y grasa: Los productos derivados del petróleo degradan el aislamiento orgánico

Causas mecánicas

  • Vibración: Aislamiento abrasivo por vibración excesiva
  • Ciclado térmico: Aislamiento por expansión/contracción, flexión y agrietamiento
  • Golpes de rotor: El contacto del rotor daña los devanados del estátor.
  • Daños durante la instalación: Manipulación brusca durante el rebobinado o la sustitución

Firma de vibración

Indicador principal: 2× Frecuencia de línea

La característica distintiva de los problemas del estátor:

  • Frecuencia: 120 Hz (sistemas de 60 Hz) o 100 Hz (sistemas de 50 Hz)
  • Mecanismo: Desequilibrio de la fuerza electromagnética debido a un campo magnético asimétrico
  • Motores normales: 2×f presente pero de baja amplitud (< 10% de 1×)
  • Defectos del estátor: Amplitud 2×f elevada (> 20-50% de 1× o superior)
  • Progresión: La amplitud aumenta a medida que empeora el fallo.

Componentes adicionales

  • La frecuencia de línea (1×f) puede aumentar
  • Pueden aparecer armónicos superiores (4×f, 6×f).
  • El nivel general de vibración puede aumentar
  • Ruido electromagnético audible como un zumbido de 120/100 Hz

Métodos de detección

Análisis de vibraciones

  • Monitorizar la amplitud y la tendencia de la frecuencia de línea 2×
  • Comparar con motores de referencia o similares
  • Alerta si 2×f > 30% de vibración a 1× velocidad de funcionamiento
  • La tendencia creciente a lo largo del tiempo confirma la falla progresiva

Mediciones actuales

  • Balance de corriente de fase: Mida la corriente en cada fase
  • Desequilibrio > 10%: Indica problema de bobinado
  • Pinza amperimétrica: Medición de campo simple
  • Analizador de calidad de energía: Análisis detallado de la forma de onda actual

Prueba de resistencia de aislamiento

  • Megóhmetro (Megger): Medir la resistencia del devanado a tierra
  • Aceptación: Normalmente > 1 MΩ por kV + 1 MΩ mínimo
  • Tendencias: Los valores decrecientes indican deterioro
  • Índice de polarización: Relación de lectura de 10 minutos / 1 minuto (> 2,0 buena, < 2.0 sospechoso)

Imágenes térmicas

  • La cámara infrarroja muestra puntos calientes en el bastidor del motor.
  • El calentamiento localizado indica la ubicación de la falla en el bobinado.
  • Desequilibrio de temperatura entre fases
  • Puede detectar fallos incipientes antes de que las pruebas eléctricas muestren problemas.

Pruebas de sobretensión

  • Aplica un impulso de voltaje y compara las respuestas de fase.
  • Detecta cortocircuitos entre curvas que no son visibles en otras pruebas.
  • Requiere equipo especializado
  • Se utiliza con frecuencia en talleres mecánicos para la verificación de calidad.

Progresión y consecuencias

Etapa temprana

  • Ligera disminución de la resistencia de aislamiento
  • Pequeño desequilibrio de corriente (< 5%)
  • Ligero aumento de vibración 2×f
  • Puede ser detectable únicamente mediante pruebas sensibles.

Etapa moderada

  • Desequilibrio de corriente corregido (5-15%)
  • Vibración elevada 2×f (20-50% de 1×)
  • Puntos calientes visibles en las imágenes térmicas
  • Disminución de la resistencia de aislamiento

Etapa avanzada

  • Gran desequilibrio de corriente (> 15%)
  • Vibración 2×f muy alta
  • Sobrecalentamiento evidente
  • Baja resistencia de aislamiento
  • Riesgo de fallo inmediato

Fallo catastrófico

  • Quemado completo del bobinado
  • Posible incendio o humo
  • Disparo de protección o fusible fundido
  • Daños extensos en el motor que requieren rebobinado o reemplazo

Acciones correctivas

Tras la detección

  • Aumentar la frecuencia de monitoreo según la gravedad
  • Reduzca la severidad operativa (menor carga, ciclo de trabajo) si es posible.
  • Planifique la sustitución o el rebobinado del motor.
  • Investigar la causa raíz para evitar que vuelva a ocurrir

Opciones de reparación

  • Rebobinado del motor: Sustituir los devanados del estátor (en motores grandes, > 100 CV, suele ser económico).
  • Reemplazo del motor: Más económico para motores pequeños (< 50 CV (típicamente)
  • Sustitución de la bobina: En algunos diseños, es posible el reemplazo individual de la bobina.
  • Operación Temporal: Las fallas en etapa temprana pueden permitir la continuidad del funcionamiento con una monitorización estricta.

Prevención

  • Funcionar dentro de los límites de tensión, corriente y temperatura nominales.
  • Asegúrese de que haya ventilación y refrigeración adecuadas.
  • Proteger de la contaminación (recintos, sellado)
  • Utilice protección contra sobretensiones para motores críticos.
  • Pruebas periódicas de aislamiento (anualmente para motores críticos)
  • Estudios térmicos para detectar puntos calientes en desarrollo

Los defectos en el estátor representan una causa importante de fallos en los motores, que a menudo se pueden detectar precozmente mediante el uso combinado de monitorización de vibraciones (al doble de la frecuencia de línea), análisis de corriente, termografía y pruebas eléctricas periódicas. Comprender la progresión desde un deterioro menor del aislamiento hasta un fallo catastrófico del bobinado permite implementar estrategias de mantenimiento predictivo que previenen fallos en el motor y optimizan las decisiones entre reparación y sustitución.

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