Resistencia entre barras del conmutador: revisión del inducido de máquinas de CC

Qué es

La prueba de resistencia entre barras del conmutador es una verificación del devanado del inducido de un motor o generador de corriente continua. El devanado del inducido es un lazo cerrado de bobinas, y cada bobina está conectada a un par de barras del conmutador, de modo que la resistencia entre dos barras adyacentes refleja la bobina o las bobinas unidas entre ellas, junto con las uniones soldadas o de soldadura fuerte que enlazan los extremos de las bobinas con los cuellos de las barras. Se conecta un ohmímetro de baja resistencia, o un arreglo de caída de voltaje con una fuente de corriente continua estable, a través de pares sucesivos de barras, y se toma la lectura en cada posición hasta recorrer todo el conmutador. El resultado es un conjunto de valores de resistencia muy pequeños que se pueden comparar entre sí. La prueba se usa en motores y generadores de corriente continua de accionamientos industriales, grúas, elevadores, acerías y fábricas de papel, excavadoras, tracción y otros servicios donde las máquinas con conmutador siguen en uso. La norma publicada de aceptación la incluye como prueba opcional para la maquinaria rotatoria con conmutador, y también es muy usada por los talleres de reparación después de un rebobinado o una falla.

Por qué se realiza

El inducido de una máquina con conmutador es una de sus partes más exigidas. El calor, la vibración, la fuerza centrífuga y el arco en las escobillas pueden agrietar las uniones de los cuellos de las barras, abrir una bobina o poner en cortocircuito unas cuantas espiras. Estas fallas no siempre se ven desde afuera. Una unión de alta resistencia se calienta bajo carga y puede lanzar soldadura, una bobina en cortocircuito hace circular una gran corriente local y se sobrecalienta, y una bobina abierta provoca chispeo intenso en las escobillas y quema las barras que alimenta. Las máquinas con estas fallas a menudo siguen funcionando, pero con mal rendimiento, conmutación despareja, mayor desgaste de escobillas, exceso de calor y ruido, y luego fallan de repente en servicio. Medir la resistencia entre barras encuentra estos problemas en el banco del taller o durante una parada planificada, antes de que se conviertan en un conmutador quemado o un inducido destruido. Es útil en un inducido nuevo o rebobinado para comprobar la mano de obra, en una máquina con sospecha de problemas de conmutación y como parte del mantenimiento rutinario de accionamientos de corriente continua críticos, además de las verificaciones de aislamiento y de devanados que se hacen sobre el mismo inducido.

El principio

Entre barras adyacentes, el devanado presenta una resistencia pequeña formada por el alambre de la bobina, las uniones en los cuellos de las barras y las propias barras. Cuando el inducido está sano y bien hecho, cada bobina es casi idéntica, así que la resistencia entre cualquier par de barras adyacentes es casi idéntica, y una gráfica de las lecturas alrededor del conmutador es una línea plana con solo una pequeña dispersión. Cada tipo de falla perturba ese patrón de una manera característica. Una unión deficiente en el cuello de la barra o agrietada agrega resistencia y eleva la lectura en la barra afectada. Una bobina abierta eleva la lectura de forma drástica, porque la corriente tiene que encontrar un camino largo alrededor del devanado. Una espira en cortocircuito o un cortocircuito entre barras baja la lectura, porque parte de la bobina ha sido puenteada. Un tipo de devanado distinto, por ejemplo imbricado u ondulado, cambia el número de trayectorias en paralelo y, por tanto, los valores absolutos, y por eso la comparación se hace entre barras de la misma máquina. El valor medido depende de la corriente usada y de que las puntas hagan un contacto firme, y el método de caída de voltaje hace que el resultado sea independiente de la resistencia de los cables.

Cómo se realiza

La máquina se desenergiza, se aísla, se bloquea y se verifica la ausencia de voltaje conforme a los procedimientos del propietario, y el inducido debe estar accesible, ya sea dentro de la máquina con las escobillas levantadas para que no pongan barras en cortocircuito, o en el banco. Las escobillas se levantan y se aseguran, porque una escobilla apoyada en el conmutador crearía una trayectoria en paralelo y arruinaría la lectura. La superficie del conmutador se limpia para que las puntas toquen cobre desnudo, y se elimina cualquier película o polvo de carbón. La corriente de prueba del instrumento se hace pasar por el inducido, ya sea conectando los cables de corriente a dos puntos del conmutador o con un par de puntas que se apoyan en barras adyacentes mientras el mismo par detecta el voltaje, según el instrumento. Se toma una lectura entre cada par de barras adyacentes en secuencia y se marca la posición para no omitir ninguna barra. El eje se gira a mano o sobre rodillos para llevar cada posición al alcance, y se usan la misma separación y presión de puntas en todo el recorrido. Cuando el devanado tiene ecualizadores o trayectorias en paralelo, la guía del fabricante de la máquina determina si se miden barras adyacentes o barras a una separación definida. Repetir toda lectura que parezca extraña la confirma antes de sacar conclusiones. La temperatura ambiente y la del devanado se anotan en ese momento.

Qué se registra

El registro muestra la lectura en cada par de barras en secuencia alrededor del conmutador, el tipo y el tamaño de la máquina y de su devanado, el número de barras, el instrumento y sus ajustes, el estado de calibración del instrumento, la temperatura del inducido y del entorno, y la fecha. También anota la condición del conmutador tal como se encontró, por ejemplo limpio, vidriado, quemado o con barras salientes, si las escobillas estaban levantadas y las posiciones que se volvieron a medir o dieron resultados inusuales. Un mapa de las lecturas alrededor del conmutador permite ver fácilmente el patrón y da a las pruebas posteriores algo con qué compararse.

Cómo se juzgan los resultados

Esta página no da ningún límite de aprobación o rechazo, porque el significado de una lectura depende de la máquina. El juicio es por comparación entre las barras del mismo inducido: las lecturas deben ser cercanas entre sí en todo el contorno, y un par de barras que se aparta de sus vecinas, ya sea hacia arriba o hacia abajo, es el que debe investigarse. Una lectura más alta apunta a una mala unión o a una bobina abierta, y una más baja a un cortocircuito. El tamaño de la dispersión permitida entre lecturas lo fijan los criterios publicados y los datos del fabricante, y los resultados también se comparan con lecturas anteriores del mismo inducido o con las de un inducido hermano del mismo diseño. La medición se nombra como prueba opcional para maquinaria rotatoria de corriente continua en ANSI/NETA ATS-2025; consulte su propia copia con licencia para ver cómo se define y se juzga, y use los datos del fabricante de la máquina para los valores que correspondan a un devanado dado.

Variaciones

En la aceptación, el uso da al inducido un certificado de buena salud al entregarse o después de un rebobinado, y el patrón registrado entonces pasa a ser la referencia. En el mantenimiento suele motivarlo un síntoma, como chispeo, desgaste desigual de escobillas, un punto caliente, una barra quemada o pérdida de rendimiento, o bien una revisión general programada. El tipo de devanado cambia el aspecto esperado de las lecturas. Los devanados imbricados tienen muchas trayectorias en paralelo y lecturas bajas y uniformes que exponen con claridad una sola bobina mala. Los devanados ondulados tienen menos trayectorias en paralelo y las barras por comparar pueden estar separadas por un paso definido. Las máquinas con conexiones ecualizadoras o devanados compensadores especiales requieren la guía del fabricante. Las máquinas grandes se prueban mejor con el inducido fuera del bastidor, y las pequeñas pueden probarse en sitio. La prueba complementa la resistencia de aislamiento, la resistencia de devanados de los circuitos de campo y la inspección visual y mecánica del conmutador, pues cada una encuentra un tipo distinto de falla.