Resumen
Según diversos estudios, los fallos más comunes en motores de inducción se dan en rodamientos, en el aislamiento del devanado estatórico y, en menor medida, en el rotor. Este último tipo de fallo incluye la rotura, agrietamiento o deformación de las barras o de los anillos de cortocircuito de la jaula rotórica. A pesar de que el porcentaje de fallos relacionados con el rotor pueda parecer no demasiado elevado (algunos autores lo sitúan en torno al 15-20% del total de averías), se han reportado casos en los que la avería sí ha conducido a fallos catastróficos inmediatos, como situaciones de protrusión de barras o de desprendimiento de fragmentos de barras rotas que han acabado dañando el aislamiento del estator. Estas averías han provocado pérdidas millonarias para las compañías involucradas. Finalmente, este tipo de fallo es más frecuente en motores de gran potencia. Son estos motores los más caros, los más costosos de reparar y, usualmente, los más críticos en las aplicaciones en las que operan.
Uno de los retos que se ha abordado en la presente tesis consiste en la aplicación y validación generalizada de la metodología basada en el análisis de la corriente de arranque para el caso de motores arrancados mediante arrancadores estáticos. A este respecto, se ha constatado el uso creciente de arrancadores estáticos en multitud de aplicaciones industriales.
La presente tesis aborda por primera vez esta problemática de forma rigurosa. La tesis se centra en la validación de una variante concreta de diagnóstico transitorio, la cual se basa en el análisis de la señal de corriente de arranque mediante la transformada wavelet discreta (Discrete Wavelet Transform, DWT). Se trata ésta de una transformada tiempo-frecuencia que cuenta con importantes ventajas a la hora de emplear la metodología de
diagnóstico transitorio, dado que esta transformada resulta rápida de aplicar, la interpretación de sus resultados es simple y está disponible en paquetes comerciales convencionales como Matlab, con lo que cualquier usuario con un mínimo entrenamiento podría hacer uso de ella. Adicionalmente, esta transformada permite la introducción sencilla de indicadores para determinar el grado de severidad de la posible avería en el rotor, cuestión ésta que no resulta trivial con otras alternativas.
Se han obtenido más de 900 señales de corriente de arranque en motores de laboratorio, utilizando hasta cinco modelos diferentes de arrancadores de distintos fabricantes y con variadas topologías y características. Para cada arrancador se han obtenido múltiples señales correspondientes a diferentes niveles de fallo en el rotor (motor sano, motor con una barra rota y motor con dos barras rotas). Para cada nivel de fallo, se han obtenido una variedad de señales mediante la variación de los parámetros de arranque (tensión inicial, duración de rampa), así como de otras características operativas del motor (nivel de carga, tensión de suministro).
Adicionalmente, se han obtenido múltiples señales en motores industriales accionados mediante arrancador, que operaban en industrias (alimentación, plantas de depuración), con el fin de ratificar la validez de los resultados obtenidos con los de laboratorio.
Asimismo, se ha incluido un epígrafe final que ahonda en la automatización a la hora de aplicar la metodología propuesta, de forma que se evite, en la medida de lo posible, la necesidad de intervención de usuarios expertos para su aplicación. Este epígrafe se ha basado en una investigación conjunta con otros grupos internacionales.
Los resultados son prometedores, por cuanto prueban la validez de la metodología para detectar, no solamente la presencia de la avería, sino también para determinar la severidad del fallo en el rotor. Especialmente interesante es el hecho de que los resultados son más concluyentes si cabe en el caso de motores con arrancadores con control en las tres fases, que normalmente se utilizan para mayores potencias.
