La importancia de las pruebas de motores eléctricos

Los motores eléctricos impulsan nuestro mundo. Desde compresores de refrigeradores y actuadores de teléfonos inteligentes hasta sistemas de propulsión de vehículos eléctricos (EV), dondequiera que vayamos, los motores eléctricos hacen posible la vida moderna. De hecho, se confía tanto en los motores eléctricos que a menudo el único momento en que los notamos es cuando no funcionan, un problema que es altamente prevenible gracias a las pruebas de motores eléctricos.

Las pruebas de motores eléctricos son fundamentales para garantizar que las máquinas de las que dependemos sean confiables, eficientes y seguras. Estas pruebas, realizadas a lo largo de las etapas del ciclo de vida de un motor eléctrico, brindan información esencial sobre el estado general del motor y brindan muchos beneficios a los diseñadores, fabricantes, técnicos y consumidores.

Las pruebas de motores eléctricos mejoran:

• Fiabilidad: las pruebas identifican problemas potenciales y permiten un mantenimiento proactivo para evitar averías y prolongar la vida útil del motor.
• Eficiencia: a través de pruebas, los técnicos pueden abordar problemas de energía eléctrica para reducir las pérdidas y los costos operativos.
• Seguridad: Para proteger a las personas que utilizan motores eléctricos, las pruebas exponen peligros potenciales como descargas eléctricas o incendios.
• Rendimiento: las pruebas revelan oportunidades para mejorar el rendimiento mediante la evaluación de características como la velocidad y el consumo de energía.
• Investigación y desarrollo: las pruebas recopilan datos que informan los esfuerzos para crear tecnologías de motores más avanzadas.
• Cumplimiento de estándares: antes de que un motor pueda implementarse para su uso, las pruebas validan que cumple con todos los estándares industriales aplicables.

Tipos de pruebas de motores eléctricos

Si bien las pruebas específicas realizadas variarán según la complejidad del motor, su aplicación y los parámetros que se evalúan, algunas de las pruebas clave utilizadas durante las pruebas de motores eléctricos incluyen:

• Pruebas eléctricas como comprobaciones de polaridad y mediciones de nivel de voltaje.
• Pruebas de vibración para detectar posibles desequilibrios o desalineaciones.
• Pruebas térmicas para monitorear la temperatura del motor para evitar el sobrecalentamiento.
• Pruebas dinámicas para ver cómo se comporta el motor en estados transitorios.
• Pruebas de ruido para evaluar las características acústicas frente a estándares de sonido.
• Pruebas de aislamiento para garantizar que los materiales aislantes del motor no se degraden durante el funcionamiento. Algunos ejemplos incluyen pruebas de megger, pruebas de alto potencial (hi-pot) y pruebas de sobretensión, que encuentran debilidades en el aislamiento entre espiras, entre bobinas y entre fases que pueden provocar fallas eléctricas.

Estándares de la industria para pruebas de motores eléctricos

En todas las aplicaciones en las que se utilizan motores eléctricos, desde compresores industriales hasta taladros dentales, las pruebas validan que un motor cumple con las especificaciones establecidas por el fabricante y los parámetros de calidad y seguridad determinados por los estándares de la industria (como el consumo de energía y los niveles de sonido).

Para cumplir con los estándares de la industria, las pruebas de motores eléctricos deben cumplir con los requisitos locales e internacionales. A nivel internacional, estándares como la interoperabilidad y la seguridad son consistentes de un país a otro, mientras que los estándares locales pueden incluir requisitos que reconocen prioridades específicas de cada país, como el medio ambiente y la cultura.

Algunas de las organizaciones que crean y hacen cumplir estos estándares incluyen:

• Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos
• Comisión Electrotécnica Internacional
• Comité japonés de normas industriales
• Institución de estándares británicos
• Estándares Nacionales para la República Popular China

Herramientas de prueba de motores eléctricos

Dependiendo de los parámetros y características que esté evaluando, existen muchos tipos diferentes de herramientas que se utilizan en las pruebas de motores eléctricos. Algunas de estas herramientas incluyen:

• Analizador de energía: mide parámetros eléctricos como voltaje y corriente para diagnosticar conexiones eléctricas.
• Tacómetro: mide la velocidad de rotación de un motor.
• Cámara térmica: captura variaciones de temperatura para identificar puntos calientes y problemas de enfriamiento.
• Megóhmetro: mide la resistencia de aislamiento de los devanados del motor para detectar la degradación del aislamiento (también conocidos como meggers). Transductor de par : mide el par convirtiendo la rotación mecánica en una señal eléctrica

Simulación en pruebas de motores eléctricos

Si bien las pruebas físicas son fundamentales para obtener información sobre el rendimiento motor, tienen sus limitaciones. La simulación permite a los técnicos ampliar las pruebas al ver el interior de la máquina para revelar exactamente lo que está sucediendo (tanto ahora como en el futuro), además de mostrar el estado del funcionamiento interno más profundo de un motor.

Pruebas eléctricas: medición virtual del flujo magnético en un motor síncrono de imanes permanentes

Con la simulación, los ingenieros pueden explorar varias opciones de diseño en diferentes escenarios operativos y realizar ajustes antes de la producción, durante la producción e incluso mientras se utiliza el motor. Especialmente en escenarios en los que las pruebas físicas están restringidas por la falta de visibilidad (debido al tamaño o la ubicación de la prueba), la simulación puede realizar rápidamente los cálculos necesarios para realizar una evaluación precisa. Algunas pruebas comunes de motores eléctricos que requieren el uso de simulación incluyen:

• Pruebas eléctricas: medición del campo electromagnético posterior (EMF) en motores de imanes permanentes sin escobillas.

Pruebas eléctricas: medición virtual de la fuerza electromagnética inversa en un motor de imanes permanentes sin escobillas

• Prueba térmica: estimación del sobrecalentamiento durante el funcionamiento continuo S1.

Prueba térmica: estimación de sobrecalentamiento del devanado virtual durante el funcionamiento continuo S1 de un motor eléctrico. El rango de temperatura está entre la temperatura ambiente (40 °C) y la temperatura máxima aceptable (100 °C)

• Pruebas dinámicas: predicción de fallos por cortocircuito en motores de imanes permanentes sin escobillas y medición del rendimiento del rotor bloqueado en motores de inducción de CA

Pruebas dinámicas: medición virtual de corrientes de cortocircuito en un motor de imanes permanentes sin escobilla

El uso de la simulación en las pruebas de motores eléctricos no sólo mejora la velocidad y la eficiencia del proceso de prueba en sí, sino que también mejora la calidad, profundidad y confiabilidad o certeza de los datos recopilados. Los software de simulación como Ansys Maxwell y Ansys Motor-CAD pueden realizar cálculos multifísicos acoplados, proporcionando a los técnicos evaluaciones exhaustivas de sistemas complejos, evaluaciones que serían imposibles de lograr con una prueba a la vez.

Al utilizar la simulación para ejecutar pruebas físicas en un entorno virtual, los equipos de ingeniería pueden ahorrar tiempo y costos. La simulación también reduce la cantidad de iteraciones de diseño e identifica problemas antes de que se construya cualquier hardware. Esto conduce a un diseño mejor y más robusto y garantiza que no haya sorpresas en lo que respecta a las pruebas físicas.

La respuesta es la prueba

Muchas de las funciones más esenciales del mundo moderno dependen de la confiabilidad, seguridad y eficiencia de los motores eléctricos. A través de las pruebas, obtenemos valiosas observaciones, aprendizajes e ideas que nos llevarán a nuestros próximos avances tecnológicos en la generación de energía, que nos mantienen a todos avanzando.