El uso del ohmímetro ha existido desde antes que los motores de inducción. En estos tiempos modernos, nosotros tenemos instrumentos que pueden medir resistencias muy altas y ésos que pueden medir resistencias muy bajas. En este artículo, nosotros nos concentraremos en el ohmímetro, mili-ohmímetro y del micro-ohmímetro. Seleccionar apropiadamente cual utilizar para analizar sus máquinas, dentro de las capacidades de la prueba de resistencia DC sencillas, es muy importante.
Seleccionando el Instrumento Correcto de Medición
Existen ohmímetros analógicos y digitales, igual que con otros instrumentos básicos de medición. En el pasado, los ohmímetros analógicos proporcionaban un excelente medio de medición de la condición de las máquinas, pero los instrumentos digitales modernos, proporcionan un nivel adicional de certeza.
Al tomar medidas de resistencia en motores eléctricos, uno de los asuntos tiene que ver con la resistencia del circuito motriz eléctrico. Una regla empírica en máquinas de menos de 600 Voltios AC, es que la resistencia llegará a ser menos al aumentar los caballos. Por ejemplo un motor de un caballo promedio, puede tener una resistencia de 40 Ohmios, mientras que un motor de 100 caballos puede tener una resistencia de 0.010 Ohmios. Los motores eléctricos de más de 1.000 Voltios AC, tienden a tener resistencias de unos cuantos Ohmios.
El tipo de método de medida utilizado por el instrumento es de gran importancia en cuanto a la certeza de la prueba. Cubriremos los circuitos básicos: el puente de Wheatstone, el Puente Doble Kelvin y el Puente Kelvin de 4 cables.
El Puente de Wheatstone (Figura 1) trabaja comparando las resistencias y una medida con un balanceo nulo para comparar el voltaje DC en el circuito que está siendo probado. Básicamente, cuando el voltaje entre el punto 1 y el lado negativo de la batería es igual al voltaje entre el punto 2 y el lado negativo de la batería, el detector nulo mostrará un voltaje cero, y el puente puede ser considerado balanceado. Con el circuito, el estado del balanceo es únicamente dependiente sobre las proporciones de Ra/Rb y R1/R2. Cuando se usa para medir una resistencia desconocida, el desconocido es conectado en lugar de Ra o del Rb. Los tres resistores restantes son de precisión y cualquiera de estos resistores puede ser reemplazado o puede ser ajustado hasta que el puente sea balanceado. Una vez que el balanceo es obtenido, entonces el valor desconocido puede ser determinado por las proporciones de las resistencias conocidas. La certeza depende de los voltajes perdidos (que resulta de las resistencias de cables y conexiones dentro del puente) que existen en los conductores que afectan el detector nulo y la certeza de los resistores de precisión.
El Puente Doble de Kelvin (Figura 2) es una versión modificada del puente de Wheatstone. Compensa los voltajes perdidos dentro del circuito, y el circuito para ser probado, debido a las resistencias del alambre y de la conexión. Con el conjunto Rm/Rn de proporción igual a la proporción de RM/RN, Ra es ajustado hasta que el detector nulo indique el balanceo. La ecuación verdadera del balanceo para el Puente Doble de Kelvin puede ser encontrado en la Ecuación 1. La certeza de este tipo de puente es por lo menos 0.05% y generalmente utilizada para circuitos que se encuentran dentro del rango de los mili-ohmios.
Ecuación 1 - Ecuación de Balanceo del Puente doble de Kelvin
El siguiente tipo es el Puente Kelvin de 4 Alambres (Figura 3) que utiliza la Ley de Ohmios para determinar la resistencia. Su aplicación particular está en circuitos donde hay conductores de prueba largos y pérdida significativa de voltaje. También permite una medida muy pequeña (micro-ohmio) con un alto grado de certeza. La Figura 4 muestra un circuito Kelvin más común en el que las pérdidas y las inexactitudes debido a un Amperímetro son compensadas utilizando un resistor calibrado de derivación, que también configura la certeza de la instrumentación.
Con los instrumentos digitales, el tablero de circuitos es utilizado en parte para proporcionar una porción del puente con la lógica que proporciona el ajuste para el circuito nulo.
Algunos instrumentos utilizarán el Puente Kelvin de 4 Alambres para medidas muy exactas de micro-ohmios y otros compensarán la resistencia de circuito, utilizando un Doble Puente Kelvin, midiendo primero por los alambres de prueba, antes de medir el circuito bajo prueba.
Consideraciones cuando se utiliza un Ohmímetro
Hay varias cosas por considerar cuando se usa un Ohmímetro para probar un circuito motriz eléctrico. Estas consideraciones incluyen:
1. El voltaje presente en el circuito al probar desde un Centro de Control Motriz (MCC), o desconectado. Este voltaje puede incluir Inducción Electromagnética (EMI);
2. La temperatura de los bobinados motrices;
3. Las conexiones por el circuito, así como las diferentes longitudes de los conductores, al probar desde un MCC puede causar un desbalance; y/o,
4. Si hay o no hay resistencias paralelas o en serie en el circuito.
En instrumentos de precisión, EMI u otros voltajes presentes en el circuito causará que las lecturas sean no repetidas. Esto puede ser observado si el valor medido no se "asienta" durante la medida.
La temperatura de los bobinados motrices debe ser compensada cuándo se están tendenciando las medidas. Si usted está localizando fallas en un motor eléctrico, la comparación de fase a fase no requiere compensación. El revés puede ser realizado, también, para determinar la temperatura del bobinado de un motor, si se conoce la temperatura y la resistencia original.
En las fórmulas abajo, la K (constante) es basada sobre el material para ser probado, con Aluminio = 225 y Cobre = 234.5, y RC que es la resistencia del bobinado de enfriado que durante la prueba y viceversa.
Ecuación 2 - Resistencia del Bobinado en frio
Ecuación 2 - Resistencia del Bobinado caliente
Por ejemplo: Si un bobinado de cobre fue medido como 2.5 Ohmios a 25°C, el técnico después realiza una prueba en el motor a 3.6 Ohmios. ¿Cuál es la temperatura del bobinado?
Respuesta - Resolviendo esta ecuación produce 139.2°C
La próxima consideración es si los bobinados están en serie o paralelos. Esto afectará la resistencia total tanto que, por ejemplo si el motor de inducción es conectado en serie para una conexión de alto voltaje o en paralelo para una conexión de bajo voltaje. Es también importante comprender si hay múltiples alambres en paralelo, a pesar de resistencias diferentes, una o más deben estar rotos.
Si un circuito tiene una combinación de circuitos en serie y paralelos, resuelva para los circuitos paralelos individualmente, después resuelve para el sistema como un circuito de serie.
Diagnosticando Motores con Ohmímetros
Al realizar pruebas de fase a fase en un circuito motriz eléctrico, usted debe conectar el motor para operar voltaje. Esta manera usted prueba tres circuitos equivalentes. Alternamente, usted puede estar probando por el MCC o una desconexión de fase a fase.
La manera más exacta para probar un motor eléctrico es de asegurarse que está utilizando un instrumento capaz de probar a 0.001 Ohmios, o a 0,0001 Ohmios para motores de 460 Voltios. Debe ser notado que las resistencias de bajo voltaje y las de alto voltaje del motor serán diferentes.
Si usted tiene un desbalanceo resistivo, las pérdidas medidas en Watts se relacionarán a la resistencia de cada circuito y la cantidad de corriente. Adicionalmente, la resistencia de lugar, como con una conexión floja, causará calor local. Ambos en relación con la Ecuación 6.
Ecuación 6 - Holgura Resistiva
Si un circuito lleva 100 amperios y una conexión tiene una resistencia de 0.1 Ohmios, entonces la conexión floja generará 1002 X 0.1 Ohmios = 1000 Watts, o 1kW, en ese punto. Dependiendo del estándar utilizado, el desbalanceo Resistivo admisible, de la fase a fase, no debe ser más del 2% en el motor. Un desbalanceo mayor o que ha aumentado, a menudo se relacionará a conexiones flojas, cortos directos o conductores rotos dentro del motor o en los conductores.
Conclusión
El principal uso para medir la resistencia en motores eléctricos es determinar si hay un corto, conexiones flojas o conductores rotos. Las medidas también pueden ser tomadas y corregidas para la temperatura, para proporcionar información valiosa como temperatura del bobinado, o si hay otros cambios.
El impacto de las conexiones flojas también puede ser determinado. Sin embargo, el instrumento correcto debe ser seleccionado para la aplicación en la que el instrumento será utilizado y debe poder medir resistencia por lo menos un punto decimal más que el circuito para ser probado.
En la próxima parte de nuestra serie, cubriremos el uso de medidas de aislamiento a tierra, a menudo conocido como prueba de Mega ohmio para máquinas de inducción. Este artículo incluirá información de la última versión del Estándar 43 de IEEE, el "IEEE Practicas Recomendadas para Pruebas de Resistencia de Aislamiento para Maquinaria de Rotación".
Howard W. Penrose, Ph.D., CMRP, es Presidente de SUCCESS by DESIGN, una firma de servicios de confiabilidad y consultoría ubicada en Old Saybrook, CT, EEUU.El Dr. Penrose puede ser contactado en howard@motordoc.net o por telefono al 860- 575-3087
