La invención se refiere a un método de detección de daños producidos en las barras y/o en los anillos de cortocircuito de la jaularotórica de motores asíncronos de jaula de ardilla,

independientemente del tipo de carga con la que estén trabajando, pudiéndosedetectar ese tipo de averías incluso cuando el motor está trabando con cargas cuyo par resistente presenta una componente oscilatoria o pulsante. La rotura de las barras produce una importante alteración en la longitud abarcada por cada polo sobre el entrehierro de la máquina, y esta alteración es el parámetro que se toma como indicador para la detección del fallo. Estas variaciones en la longitud de los polos magnéticos se detectan mediante la medición del flujo concatenado por uno de los dientes estatóricos (4),gracias a un bobinado auxiliar (5) dispuesto en dicho diente estatórico (4). La invención también se refiere a un motor asíncronode jaula de ardilla, que incorpora un bobinado auxiliar (5) que permite detectar daños producidos en las barras y/o en los anillosde cortocircuito de la jaula retórica bajo cualquier tipo de carga

Objeto de la invención

La presente invención está relacionada con la detección de averías en máquinas eléctricas.

De manera más concreta es objeto de la invención detectar de manera fiable daños producidos en las barras y/o en los anillos de extremo de la jaula del rotor de motores asíncronos de jaula de ardilla, independientemente del tipo de carga con la que estén trabajando, siendo especialmente deseable detectar ese tipo de averías incluso cuando el motor está trabando con cargas cuyo par resistente presenta una componente oscilatoria o pulsante.

Es también objeto de la invención un motor asíncrono de jaula de ardilla, que incorpora un medio que permite detectar daños producidos en las barras y/o en los anillos de cortocircuito de la jaula rotórica bajo cualquier tipo de carga.

Antecedentes de la invención

El motor asíncrono trifásico fue inventado por Dolivo Dobrowolsky en 1890, el cual disponía de un rotor en forma de jaula de ardilla y empleaba devanados distribuidos en el estator. Este motor presentaba una construcción simple y robusta que ofrecía magníficas prestaciones con un reducido mantenimiento.

Las máquinas asíncronas, también denominadas máquinas de inducción, se caracterizan porque la velocidad de giro del rotor no coincide con la velocidad de sincronismo determinada por la frecuencia de potencia de entrada. En función del tipo de rotor, estas máquinas se clasifican en dos tipos: rotor en jaula de ardilla o cortocircuito y rotor devanado o con anillos rozantes. El rotor está constituido por un conjunto de chapas apiladas formando un cilindro con una serie de ranuras en su perímetro exterior donde se dispone el devanado inducido. El rotor de jaula de ardilla está formado por una serie de conductores de cobre o aluminio puestos en cortocircuito por dos anillos extremos, y es debido a esta configuración particular de la que se toma el nombre de estos motores. Por su parte el estator dispone de una serie de dientes radiales en su perímetro interno, los cuales definen entre sí una serie de ranuras en las que se coloca el devanado inductor.

Los motores asíncronos de jaula de ardilla presentan entre sus averías más comunes la rotura o agrietamiento de barras y/o anillos de extremo. Esta avería es especialmente grave cuando existe la posibilidad de que un fragmento de la barra o anillo pueda salir proyectado hacia el entrehierro de la máquina provocando daños, habitualmente muy graves, en el devanado estatórico. Por este motivo, desde principio de los años 80 se han tratado de desarrollar múltiples técnicas capaces de detectar el fallo de forma incipiente con el fin de impedir una avería posterior de mayor magnitud y la salida de servicio de la máquina afectada durante un largo periodo de tiempo. Los documentos US 4 808 932, US 3 875 511 y US 4 136 312 divulgan enfoques de detección de averías para motores de inducción.

Los utilizados industrialmente se basan fundamentalmente en la búsqueda de determinadas componentes armónicas de la corriente de alimentación o de otras variables como el flujo de dispersión del motor. Si bien estos métodos basados en la medición de variables externas de la máquina son eficaces presentan una importante limitación: no pueden ser aplicados en el caso de que la máquina accione un dispositivo cuyo par resistente sea de tipo oscilatorio, ya que en esas condiciones de trabajo el efecto producido por la rotura de una barra y la oscilación del par de carga se confunden. De hecho, el método más extendido para la detección de esta avería, que se basa en el análisis de la frecuencia de la corriente de alimentación del motor, se ve totalmente afectado por este fenómeno, siendo inaplicable en el caso de que el motor accione una carga de par pulsante (engranaje reductor, molino, etc.).

En la figura 1 se muestran dos espectros de la corriente de alimentación correspondientes a un motor nuevo y sano en el que se ha introducido una componente oscilatoria en el par de frecuencia (2sf), siendo (s) el deslizamiento con el que trabaja la máquina. En la figura 1a se puede observar como los armónicos (10) de frecuencias (1+2s)f y (1-2s)f utilizados de forma convencional para la detección de la rotura de barras experimentan un fuerte crecimiento, picos (11) en la figura 1b, con la oscilación del par que lleva a un diagnóstico incorrecto en el que se supondrían varias barras rotóricas rotas. Del mismo modo que sucede con las corrientes, las demás variables utilizadas en los otros métodos de diagnóstico disponibles en la actualidad se ven igualmente afectadas por la presencia de cargas de par pulsante.

No se conoce en el estado de la técnica ningún método capaz de detectar este tipo de averías en presencia de cargas de par pulsante.

Descripción de la invención

La presente invención resuelve el problema técnico planteado, mediante la invención comprendida en las adjuntas reivindicaciones independientes 1 y 5.

De manera más concreta, el método de la invención definido en la reivindicación 1 permite detectar la presencia de barras dañadas o rotas en la jaula rotórica de motores asíncronos de jaula de ardilla bajo cualquier condición de carga, incluyendo la correspondiente al accionamiento de máquinas cuyo par resistente mecánico tenga componentes oscilatorias, como los que se presentan por ejemplo con cargas como: molinos, trituradoras, machacadoras, motores acoplados a múltiples engranajes reductores, bombas, ventiladores etc.

El método de diagnóstico se basa en la valoración de las alteraciones que se producen en las posiciones de los ejes de los polos magnéticos de la máquina cuando tiene lugar una asimetría rotórica, esto es, rotura de barras y/o anillos de cortocircuito. Se ha encontrado que cuando una máquina asíncrona presenta una barra rotórica rota se produce una variación en la posición de los ejes de los polos magnéticos del motor que da lugar, a su vez, a una alteración del ángulo abarcado por cada polo.

La rotura de las barras produce un desplazamiento de los ejes magnéticos de cada polo magnético, y este desplazamiento de los ejes magnéticos produce a su vez una importante alteración en la longitud abarcada por cada polo sobre el entrehierro de la máquina, y esta alteración es el parámetro que se toma como indicador para la detección del fallo. Estas variaciones en la longitud de los polos magnéticos pueden detectarse mediante la medición del flujo concatenado o conexión por uno de los dientes estatóricos, pudiendo ser así diagnosticada la avería.

Sin embargo, cuando el motor acciona una máquina cuyo par resistente tiene una componente oscilatoria no se produce ninguna variación en la ubicación de los ejes de los polos magnéticos ni en su longitud. La oscilación del par de carga sí puede producir variaciones apreciables en los valores máximos del flujo de la máquina, pero no dará lugar a variaciones en la longitud de los polos magnéticos. De este modo, los dos fenómenos: rotura de barras rotóricas y oscilación del par de carga quedarán claramente diferenciados pudiendo realizarse el diagnóstico de una forma sencilla y fiable.

Por lo tanto un primer aspecto de la invención se refiere a un método de detección de averías en motores asíncronos de jaula de ardilla, destinado a detectar daños en las barras de la jaula rotórica y/o en los anillos de extremo de dichos motores, en cualquier condición de carga, el cual se basa en medir el flujo magnético concatenado en uno de los dientes del estator del motor y tomar dicha medida como indicador de la presencia de daño en dichas barras y/o anillos de extremo.

La medición o análisis de dicho flujo magnético se efectúa mediante la determinación del valor de la fuerza electromotriz inducida por dicho flujo, en los bornes de un bobinado auxiliar situado alrededor de un diente del estator. De acuerdo a ley de Lenz, la fuerza electromotriz inducida en bornes del bobinado auxiliar será proporcional al número de espiras que éste presente y a la variación instantánea del flujo concatenado por él:

E = N· dФ/dt;

donde E es la fuerza electromotriz, N el número de espiras del devanado auxiliar y Ф el flujo concatenado por el diente de la máquina.

Por tanto, todas las alteraciones sufridas por el flujo del motor como consecuencia de la presencia del fallo de aislamiento quedarán reflejadas en la fuerza electromotriz inducida en el bobinado auxiliar. De hecho, se ha podido comprobar que la variación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de detección de averías para detectar daños en las barras de la jaula rotórica y/o en los anillos de cortocircuito de un motor asíncrono de jaula de ardilla, comprendiendo dicho motor un estator (1) y un rotor (2), incluyendo el estator una pluralidad de dientes del estator (4) e incluyendo el rotor una pluralidad de barras de jaula del rotor, en el cual el motor está trabajando en cualquier condición de carga, incluyendo dicha condición de carga cargas cuyo par resistente presenta una componente oscilatoria o pulsante,

siendo dicho motor alimentado por al menos una señal de frecuencia (f),

en el cual el procedimiento comprende las etapas de

medir el flujo magnético concatenado en uno de los dientes del estator del motor y tomar dicha medida como indicador de la presencia de daño en dichas barras y/o anillos de cortocircuito,

en el cual dicho flujo magnético se mide mediante la determinación del valor de la fuerza electromotriz inducida por dicho flujo en terminales de un bobinado auxiliar (5) situado alrededor de dicho diente del estator,

y en el cual se determina el periodo de la señal de dicha fuerza electromotriz midiendo el tiempo transcurrido entre los sucesivos pasos por cero de dicha señal,

y en el cual se compara el periodo de la señal de dicha fuerza electromotriz con el periodo correspondiente a la frecuencia (f) de la señal de alimentación del motor, e interpretando como indicador de la presencia de un daño en las barras de la jaula rotórica y/o en los anillos de cortocircuito de dichos motores el hecho de que el valor del periodo medido de la señal de dicha fuerza electromotriz no coincide o no es próximo al periodo correspondiente a dicha frecuencia (f).

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque para efectuar dicha comparación se define un valor umbral por encima del cual el resultado de la comparación se considera como indicativo de la presencia de una avería.

3. Procedimiento según cualquiera de la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de la fuerza electromotriz se mide mediante un instrumento de medida.

4. Procedimiento según la reivindicación 3 caracterizado porque el instrumento de medida es digital y porque la medida obtenida por el mismo es transmitida a un equipo computerizado de diagnóstico de dicha medida.

5. Sistema de motor que comprende un rotor asíncrono de jaula de ardilla, comprendiendo dicho motor un rotor

(2) alojado en el interior de un estator (1) que dispone de múltiples dientes del estator (4) en disposición radial, en el cual se dispone al menos un bobinado auxiliar (5) alrededor de uno de los dientes del estator (4) para detectar daño en las barras de la jaula del rotor y/o en los anillos de cortocircuito de dicho motor cuando el motor está trabajando en cualquier condición de carga que incluyen cargas pulsantes estando dicho bobinado auxiliar adaptado para medir el flujo magnético concatenado sobre dicho dientes del estator, en el cual el bobinado auxiliar

(5) tiene dos terminales que son accesibles desde el exterior del motor con el fin de facilitar la conexión eléctrica de un equipo de medición externa a estos terminales, comprendiendo, además, el sistema de motor medios electrónicos programables dispuestos en el exterior del motor para analizar la señal presente en los terminales del bobinado auxiliar, estando dichos medios electrónicos configurados para aplicar el procedimiento definido en la reivindicación 1.

6. Sistema de motor según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho bobinado auxiliar consiste en al menos una espira de un conductor aislado.

7. Sistema de motor según reivindicaciones 5 o 7 caracterizado porque el bobinado auxiliar se dispone en el extremo interno de dicho diente del estator, en el extremo exterior de dicho diente del estator o en cualquier posición intermedia entre dichos extremos.

8. Sistema de motor según reivindicaciones 5 o 7 caracterizado porque el bobinado auxiliar se dispone de forma paralela al eje del motor.

9. Sistema de motor según cualquiera la reivindicación 1 caracterizado porque dichos medios electrónicos pueden transmitir a distancia el resultado del análisis o la señal presente en los terminales del bobinado.