Curso Monitoreo en Línea - Alfredo - TyD

1. Análisis
Dinámicode
Motores
Eléctricos

2. 2
Análisis Dinámico de Motores Electricos
Técnica predictiva que permite elevar la
fiabilidad del funcionamiento continuo de los
motores eléctricos.
Se verifican 2 principales ámbitos de análisis:
•Análisis de la Línea AC – Calidad de la
Energía
•Análisis del Motor

3. 3
Análisis Dinámico Continuo / Periódico– ¿Cuando?

4. 4
Distribución típica de modos de falla en el motor. Motores
hasta 4KV
Fallas en
Rodamientos
51%Fallas en Estator 25%
Fallas en Rotor 6%
Otros
18%
FUENTE EPRI, IEEE

5. Motor
MCC
Carga
1. Frecuencia 2. Velocidad
3. Torque4. Energia
5. Voltaje
6. Corriente
Ciclo de Eventos en un Motor Eléctrico

6. Todo el monitoreo serealiza desde el MCC
Tipos de conexiones en los MCC

7. Análisis Dinámico
Voltaje< 700 V
Carga
Interruptor
Motor
CCM
DMA

8. Analisis Dinámico
Paso 1:
Paso 2:
Paso 3:
Motor en funcionamiento
Conectar DMA a los CTS
Conectar DMA a los PTS
DMA
Voltaje> 700 V
Carga
Interruptor
Motor
Cts
Pts

9. Fasores deVoltajey Corriente

10. 10
¿Qué se puede analizar / monitorear?

11. 11
¿Qué se puede analizar / monitorear?

12. 12
Análisis del Historial -
Trend

13. 13
Trend- Promedio VLIN Fundamental (Vrms)

14. 14
Trend- THD Voltaje (Vrms)

15. 15
Trend- Desbalance de Voltaje Total (%)

16. 16
Trend- Promedio Factor de Potencia por fase

17. 17
Trend- Promedio Velocidad (rpm)

18. 18
Trend- Torque Estimado (N.m)
……. y mucho más!!!!

19. 19
Evaluación de la Línea AC

20. Calidad de energía
Concepto
CALIDAD DE ENERGÍA = CALIDAD DE VOLTAJES Y CORRIENTES
Calidad de Voltajes
Estareferido a un voltaje ideal. El voltaje ideal esuna onda senoidal a una frecuencia
que tiene una magnitud y frecuencia constante. El mismo concepto recibe la calidad de
corrientes y un requerimiento ideal esque ambos estén en fase.

21. Análisis de Voltaje:

22. Nivel de Voltaje:
•Los motores son diseñados para que trabajen +-10% de su
tensión nominal normalmente dado por el fabricante.
•Idealmente la desviación de voltajes no debería ser mayor al +-
2%.
•Cuando existe un sobre o bajo voltaje el rendimiento del motor,
eficiencia y factor de potencia cambian.
Causas
•Bajo rendimiento de los transformadores
•Problemas a la salida de los transformadores (ajustes, corrosiones,
etc.)
•Secciones en los conductores
•Malas conexiones
•Bajo factor de potencia en el sistema de distribución

23. Bajoy Sobre Voltaje
Las condiciones de bajo y sobre voltaje normalmente se deben a condiciones de
sobre carga de los circuitos y o regulación defectuosa.
Bajo Voltaje
La presencia de bajo voltaje suministrado a un motor eléctrico provocara aumento
de las corrientes de trabajo y su consecuencia será el calentamiento de sus
devanados (arrollamientos) y por lo tanto un envejecimiento prematuro de su
aislamientos.
Sobre Voltaje
Los motores que operen con sobre voltaje se sobrecalentaran innecesariamente.
Esto es muy peligroso si el motor esta con el rotor bloqueado, la corriente de
consumo será mayor a la del rotor bloqueado.
¿Es importante detectar esto?
Claro que si, nos permitirá detectar la causa raíz del porque el daño prematuro de
los aislantes por efecto de bajo voltaje (> - 10%) ó sobre voltaje ( > + 10%)

24. Variaciones de Voltajes
“El incremento o reducción de
voltaje puede resultar en un
incremento de temperatura.
Esto acelera el deterioro del
aislamiento, produciendo
fallas de corto circuito en
el motor.”

25. Nivel de voltaje
•Los motores son diseñados para trabajar +-10% de su tensión
nominal.
• Idealmente la desviación de la tensión de alimentación debe ser
inferior al 2%.
•Cuando se opera con sobre o baja tensión para la alimentación
de motores la eficiencia y el factor de potencia cambian.

26. Nivelde voltaje

27. Desbalance deVoltajes
•Cuando un desbalance de voltaje alcanza 5 %,las
corrientes de fases pueden diferir por mas de 40 %.
Desb. = 100 Vmaxdev-V
V
Donde:
Desb. = Desbalance de Voltaje en %
Vmaxdev = Mayor desviación de voltaje línea a línea respecto al
promedio
V = Voltaje RMSpromedio de línea a línea

28. Como analiza el DMA el Nivel de Voltaje y el
Desbalance de Voltajes
Mide los valores de tensión de cada fase, saca el promedio y lo compara con el dato de
voltaje de placa obteniendo la diferencia calculando la misma en porcentaje.
Finalmente se compara este valor con los valores pre-establecidos según normas NEMA o
IEC.
Las desviaciones de voltajes son normalmente ocasionadas por:
• Mal ajuste de los terminales en los transformadores de tensión.
• Conductores sub-dimensionados.
• Falsas conexiones.
• Fuente de bajo factor de potencia en el sistema de distribución.

29. Efectos de Desbalance de Voltajes

30. Espectro de la Onda de Tensión – FF Line

31. 31
Análisis del Motor

32. Osciloscopio

33. Consumo de Corriente

34. Armónicos - Distorsión Armónica
Son cargas no lineales de cierta potencia (rectificadores, onduladores,
reguladores de corriente alterna, etc.) absorben del sistema eléctrico
corrientes eléctricas no senoidales. Estas corrientes están formadas por una
componente fundamental de frecuencia (50 o 60 Hz) mas una serie de
corrientes superpuestas de frecuencias múltiples de la fundamental a la que
llamaremos ARMONICOS.
Las consecuencias de los armónicos pueden ser múltiples sin embargo
en las máquinas eléctricas de corriente alterna ocasiona:
•Aumento en las perdidas.- Si el voltaje que alimenta a un motor tiene
componentes armónicas entonces sus pérdidas incrementan en I2R en el
rotor y estator, pérdidas en el núcleo y pérdidas adicionales (ventilación y
fricción).
•Disminución en el torque generado.- Las armónicas de secuencia positiva
producen en el motor de inducción un torque en el mismo sentido de la
dirección de rotación y las de secuencia negativa tienen el efecto opuesto.

35. Armónicos
•Despliegael grafico porcentual de barras de cada armónico individual tanto en
voltaje o corriente.

36. El suministro de energía puede generar problemas
innecesarios en el motor. El DMA utiliza los
factores de demérito por Desbalance de Voltaje y
por Armónicos de Voltaje el objeto de crear uno que
permita indicar en que condición de operación se
encuentra el motor.
El factor de demérito utilizado por el DMA es el
siguiente:
Nema Derating= DemDesbalance v *DemHVF
Nema Derating

37. Nema Derating

38. Análisis de la Corriente
del Motor por FFT

39. Un poco de concepto
•Los rotores de los motores de inducciónestán construidos por un conjunto de barras unidas en
ambos extremos por dos anillos, al cual denominan jaula de ardilla.
•Las asimetrías en el rotor del tipo jaula suele estar relacionada con altas temperaturas y con la
elevación de fuerzas centrifugas que soportan tanto barras comoanillos especialmente en
regímenes de transitorios.
•Cuando los problemas en los rotores son de fabrica comomala fundición o uniones defectuosas
aparecen juntas de alta resistencia eléctrica o porosidades en la fundición provocando elevadas
temperaturas dentro de la jaula.
•Las mayores tensiones mecánicas suelen acumularse en las proximidades de la unión entre la
barra y el anillo de cortocircuito.
•Los fallos suelen desarrollarse de manera muy rápida debido a las fuerzas de frenado y
aceleración cuando la velocidad cambia bruscamente durante pleno trabajo.

40. ¿Cómo lo realiza?
•La técnica más usada para diagnosticar problemas en barras de una jaula esel análisis
espectral de las corrientes de alimentación.
•Cuando existe un problemas de barras, este problema induce frecuencias en las corrientes
estatóricas.
•Cuando un rotor tiene problemas de barras se determina el efecto de los armónicos del rotor
por efecto del problema sobre el estator. Para determinar los mismos necesitamos analizar la
velocidad del rotor con respecto al estator.
Principio de funcionamiento de un motor:
Si consideramos que un motor trifásico esta compuesto por un estator y un rotor. El propósito del
estator esdesarrollar un campo magnético giratorio el cual inducirá una tensión en el rotor.
El rotor que esta formado por las barras y los anillos que ponen en cortocircuito a las mismas
permitirá que las corrientes fluyan a través de las mismas y de esta manera segenera el campo
magnético del rotor.
Ambos camposmagnéticos interactúan entre si para poder producir el torque eléctrico en el
motor.

41. Funcionamiento de un motor eléctrico
Cuando segenera el torque en el motor, el rotor comienzaa acelerar y en este instante las
diferencias de velocidadesentre el campo magnético del estator y el rotor aumenta pudiendo
variar entre 1 – 200 rpm en plena carga. Comola diferencia de velocidadescomienza a reducirse
entre el campo magnético del estator y el campo magnético del rotor, la tensión generada en el
rotor también sereduce. Eneste instante la corriente resultante seequilibra para poder
mantener un torque también equilibrado. Durante la operación estable de un motor, el torque
que genera el motor esigual al torque que esrequerido por la carga para su funcionamiento
normal. Estoquiere decir que si existieran cambios en la carga (aumento o disminuye) también
cambiará el torque requerido por lo tanto, también la corriente dando comoresultado final una
variable en la velocidad (aumenta o disminuye).

42. Funcionamiento deun motor eléctrico
Cuando aumenta la carga, la demanda del torque sube y por lo tanto la corriente del rotor
aumenta. La corriente del estator también aumenta durante los transitorios que el rotor entrega.
Por los detalles antes descritos de funcionamiento esque seanaliza las corrientes del estator
para poder identificar barras fisuradas o rotas. Conla ayuda de los equipo electrónicos y los
algoritmos con los que cuentan hacen más fácil la identificación de estos problemas.
..Informacion tecnica PdM ElectricoCurso predictivo de motores electricosmeta-dc-
3256_1.pdf
Cuando existe una barra fisurada, la corriente no fluye por la barra y no entregara su % que
corresponde para crear el torque que necesita el rotor para que mueva su carga. Cuando esto
sucedeel voltaje en el rotor aumenta para crear la corriente que necesita y poder mover la carga.
Cuando el rotor tiene que entregar el torque en la posición donde la barra esta fisurada los
efectos serán en la barra opuesta lo que ocasionara unas frecuencias “pulsaciones” cuya formula
es:
La amplitud de las bandas laterales están
en relación a la corriente que se añadirá
al rotor y al estator para que pueda cumplir
con lo requerido por la carga.

43. Barras Rotas
• Analiza la amplitud relativa de la banda lateral ala izquierda dela frecuencia eléctrica.
• Frecuencia del rotor = (1±2s)* frecuencia red . Para buen resultado carga y frecuencia debenser estables.
• Comparala amplitud de esta banda lateral conrespectoalos niveles dealarma:
-30dB a -45dB
-52 dB a -45dB
Menor a -52dB

44. Velocidad de Rotación
• Analiza el espectro de la velocidad de giro del motor (rpm) dividido entre
60 y se centra en dicha frecuencia.

45. Frecuencia de Paso de Polo
• Analiza la frecuencia de paso de polo y se centra en dicha frecuencia..

46. Análsiis Inteligente de la FFT
• Analiza de manera inteligente y en tiempo real bandas laterales, frecuencia de paso de polo y
velocidad de rotación. La data se actualiza en todo momento.

47. Potencias y Pérdidas
• Indica valores numéricos de las Potencias y Pérdidas Eléctricas

48. Análisis del Cosφ
• Análisis en tiempo real y Trending del Cosφ, CorrientesActiva / Reactiva

49. Excentricidad
• Análisis en tiempo real de la Frecuencia de Rotación y Excentricidad

50. Cálculo del Torque
• Análisis en tiempo real del Rizado de Torque

51. Trasnformada DQ – Transformada de Parks
• Análisis de la Transformada DQ

52. • Requiere nivel de torque constante.
• Oscilación de Torque no da buena lectura.
• Incrementos de Corriente en el estator.
• Incrementos de Temperatura.
• Vida del aislamiento se reduce.
• Típicamente no hay muerte súbita a menos que
partes del rotor vuelen hacia el estator, dañando el
aislamiento
Casos debarras rotas

53. Casos debarras rotas
Caso clásico de barra rota. La frecuencia es a 60 Hz la banda lateral se identifica de manera
automática y muestra un línea vertical en rojo que identifica el problema. El gráfico muestra que la
fluctuación del torque durante la adquisición de datos es constante.

54. Casos debarras rotas
Caso clásico de NO PROBLEMAS en barras. El espectro de barras muestra un problema. Es un requisito
que el rizado de torque se mantenga constante. El rizado de torque muestra variaciones durante la
adquisición lo que hace que estos datos no sean los óptimos. Esto no dio la confianza para que
se determine que existía un problema de barras rotas en ese motor.

55. Casos debarras rotas
Caso de barras en buen estado. No existe un espectro característicode barras rotas en el espectro DFLL.
El torque es lo suficientemente alto y constante. Las bandas laterales de la frecuencia de barras son de
amplitud muy bajas.

56. Casos debarras rotas
Caso de un motor con VFD. La evaluación no podrá ser posible ya que podrían ser varias cosas. La
Frecuencia fundamental no es muy clara. La aplicación trata de un motor de 350 HP operado con un VFD
a una frecuencia de servicio de 85 Hz. Las variaciones en el rizado de torque son
muy grandes teniendo 2 efectos: la primera posible problemas de barras y la segunda que la frecuencia
fundamental varía mostrando diferencias.

57. Evaluacióndela carga
1. Rizado de Torque
• Examina la oscilación de la carga del motor.
• El rizado de torque esla variación porcentual del torque máximo con respecto al torque
promedio.
• Desperfectos mecánicosson reflejados en esta señal.

58. Análisis de Torque: Bomba Sumergible 4160V
Evaluación de la carga

59. Evaluación de la Energía
• Estima la eficiencia del motor bajo su condición particular de operación.
• Compara el rendimiento del motor en prueba con otros de diseño similar de la base
motor master.
• Ayuda a decidir si merece la pena reemplazar el motor.
• Reducción en la eficiencia puede indicar estrés o deterioro en la condición del motor.
• Mejor estimación ingresando ResistenciadelEstator.

60. Eficiencia

61. October 30, 2007 © SKF Group Slide 46
Eficiencia

62. Periodo de amortización
•Estima el retorno de la inversión al reemplazar el motor por otro similar de mayor
eficiencia.
•Datos de entrada son requeridos y depende de si en la basede datos existe motor
similar.
• Separte de la premisa de que el motor opera con la misma carga regularmente.

63. Recorder Saving –
Grabado en Tiempo
Real

64. Grabado en Tiempo Real

65. Trasnsitorios de Arranque

66. Transitorios de Arranque
• Nos situamos en Motor analysis – Oscilloscope
• Seleccionamos que Trasnitorios deArranque Deseamos(V,I,P,Q,R)
• Seleccionamos si lo queremos ver en forma de onda (no recomendado) o como
historial (recomendado).
• Seleccionamos si lo queremos como adquisición simple, continua o por disparo.
• En caso sea por disparo, ingresamos al menú Trigger Menu:

67. Transitorios de Arranque
• Si la selección es por dispapro, el equipo se mantendrá hasta que suceda el evento predefinido.
Véase en la ventana anterior que se seleccionodisparo V12 de 100 Volts.
• Cuando el equipo detecte un nivel de tensión mayor o iguala 100Volts empezará la adquisición.

68. ¡Muchas gracias!
68
proyectos@sysel.com.pe