Motores CD

Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.)


Objetivo:

El participante conocerá de manera general los motores de CD…

Lugar y Fecha de elaboración:

Proecto !"nea de Placa #tec$el

Monclova, Coah., marzo 29 de 2012.

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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) Autoriaciones:

-laboró:

!ng. "#ctor $avier Carrales Ley

!ng. %olando &a'ata Chve

Especialista Didáctico !"nea de Corte,

Especialista /cnico

En*riamiento !aminar  )ecti*icaci+n de

El/ctrico !"nea de Placa #tec$el

)odillos  Chmaceras A'robó:

!ng. "#ctor $avier Cort#s Martne

!ng. $uan Antonio "errera Cabral

!"der de Capacitaci+n

#perintendente de Mantenimiento

Proecto de Placa #tec$el

El/ctrico !"nea de Placa #tec$el Autorió:

!ng. Miguel *aca +#re

!ng. "o,ero +#re %a,ón

'erente del Proecto /ni

'erente de 3peraci+n  Mtto. /ni

!"nea de Placa #tec$el

!"nea de Placa #tec$el


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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) abla de contenidos

1.4ntrodcci+n........................................................................................................................ 5 2.eor"a del motor de C.D..................................................................................................... 6 7. allas El/ctricas recentes en Motores de C.D...............................................................( 5. Pre8as de rmadra......................................................................................................10 5. Pre8a de Motores en #erie............................................................................................ 12 6. Pre8a de Motores en Derivaci+n........................................................................... ........ 17 :. Pre8a de Motores Com8inados..................................................................................... 15 ;. -otas 'enerales #o8re las Pre8as de nalisis de Circitos en Motores

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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) / !ntroducción.

!ntroducción

!as pre8as el/ctricas de motores el/ctricos de corriente directa
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El pro8lema principal es la capacidad de comparar na 8o8ina con la sigiente si no se proporciona in*ormaci+n precisa. En este manal, se analizará el pro8lema de la realizaci+n de pre8as sencillas para amentar la con*ianza en las conclsiones de los análisis  las pre8as realizadas mediante el nálisis de Circitos de Motores e proporciona in*ormaci+n so8re los componentes 8ásicos de n motor el/ctrico de C o CD. Estos componentes 8ásicos inclen? resistencia, medida en ohmios@ impedancia, medida en ohmios@ indctancia, medida en henrios@ el ánglo de des*asamiento del devanado de indcci+n, medido en grados@  la resistencia de aislamiento, medida en megaohmios. El instrmento al >e se hará re*erencia en este manal o*rece estas lectras mediante la generaci+n de na corriente alterna con onda sinsoidal real 8aAo voltaAe, e van de 100 a (00 hercios, na seBal de CD de 8aAo voltaAe para la resistencia  na corriente contina de 600 a 1000 voltios para la pre8a de resistencia de aislamiento. demás, se realiza na pre8a especial llamada 4& en la >e la *recencia aplicada se dplica  se o8tiene na relaci+n de cam8io en la impedancia del devanado. Esta pre8a se tiliza para identi*icar cortocircitos prematros de devanado. l tilizar los datos aplicados, se pede evalar el estado del devanado del motor de CD por medio de la comparaci+n de las 8o8inas, la comparaci+n con lectras conocidas o los cam8ios de tendencia en los devanados drante n per"odo. !os motores el/ctricos de CD >e se inclirán en este manal son? motores de serie, en paralelo o de CD compestos. lgnas de las pre8as 8ásicas descritas peden realizarse en imanes permanentes, en servomotores de CD, ma>inas herramientas de CD  demás e los motores de CD sin esco8illas se evalan de manera similar a los motores de C=. !os tipos de motores el/ctricos de CD peden descri8irse segn ss devanados  las coneiones >e tengan.

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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) 0 eora del ,otor de CD

eoria

del

,otor de CD

!os motores de corriente directa *ncionan con n principio 8ásico de electricidad? la interacci+n entre dos campos magn/ticos posicionados en ánglo entre si eAercerán na atracci+n o n rechazo >e dará como resltado n movimiento. En el caso de n motor el/ctrico de CD, la potencia es proporcionada a n campo estat+rico  a na armadra, lo >e crea campos magn/ticos >e están separados en n ánglo de 90 entre si, el/ctricamente. !a atracci+n o el rechazo resltante de la armadra desde el campo generan n tor>e >e hace girar la armadra. !os componentes 8ásicos de n motor el/ctrico de CD inclen? 

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rmaz+n? constite la estrctra eterna de la má>ina. #e tiliza para montar la maor"a de los demás componentes del motor. Campos? son las 8o8inas montadas en las piezas de polos de los campos >e generan n campo magn/tico esta8le. 4nterpolos? son las 8o8inas >e se encentran entre las 8o8inas de campo  >e generan n campo >e se tiliza para evitar el eceso de chispas provenientes de las esco8illas. Protecciones terminales? tam8i/n conocidas como caAas de coAinetes, se tilizan para contener las esco8illas, las sAeciones de las esco8illas  para contener a los coAinetes del eAe  sostener la armadra centrada en el armaz+n. #Aeciones de las esco8illas? sostienen  8ican las esco8illas por encima del conmtador de la armadra. En general, se tiliza n dispositivo tensor para mantener na presi+n constante so8re las esco8illas. Esco8illas? se tilizan para proporcionar CD a la armadra. !as esco8illas se 8ican por encima del conmtador. Conmtador? consta de varias 8arras de co8re separadas por mica. Cada 8arra se conecta a las 8o8inas en la armadra.

Armadura: es la parte rotativa de un motor con bobinas.

 di*erencia de la maor"a de los motores de C, los motores de CD re>ieren distintas *entes de energ"a para los campos  la armadra.

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!a CD proporcionada a los campos estat+ricos genera n conAnto de !P#%M&'%E%00(

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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) campos constantes con polaridad norte  sr. !a CD proporcionada a la armadra genera campos con polaridad norte  sr >e están a 90 el/ctricos del campo *iAo. 

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 medida >e la armadra genera n tor>e  se meve hacia el polo norte o sr correspondiente, las esco8illas cam8ian de posici+n en el conmtador  esta8lecen corriente a otro conAnto de 8o8inas 8icadas a 90 el/ctricos del campo *iAo. Esto sele hacer >e la armadra sea n componente de corriente alterna, dado >e la corriente *lirá en na direcci+n segn la posici+n de las esco8illas  lego en otra direcci+n a medida >e el motor tra8aAe. !as esco8illas se 8ican en na posici+n en la >e son el/ctricamente netrasF e si la corriente del campo se pierde mientras se mantiene la corriente de la armadra, el motor pede descontrolarse  la velocidad pede amentar hasta >e la armadra se atodestre.

!os tres tipos de devanados 8ásicos >e se tilizan para identi*icar el tipo de motor de CD son los sigientes? 

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En serie? normalmente se encentra en aplicaciones >e necesitan n alto tor>e inicial. Constan de n conAnto de devanados de campo con hilos grandes  relativamente pocas espiras, marcadas #1  #2, >e se conectan en serie a los interpolos  la armadra, marcada 1  2
En derivaci+n? normalmente se encentran en aplicaciones >e re>ieren na velocidad constante. Constan de n conAnto de devanados de campo de hilos mas pe>eBos con mchas espiras, marcadas 1  2 para voltaAe simple@ 1, 2  7 para voltaAe do8le@ 1  2 para los interpolos  la armadra inas herramientas  de gras, a >e tienen na resistencia 8ásica relativamente alta.

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Com8inado? com8ina las ventaAas de los motores con devanado en serie  en derivaci+n. Proporciona n tor>e relativamente alto con na resistencia 8ásica al cam8io en la velocidad de *ncionamiento. Com8ina las coneiones de los motores con devanados en serie  en derivaci+n
Como pede verse, ha pocas 8o8inas para comparar entre s" en na ma>ina ensam8lada de CD. -o o8stante, se peden desarrollar procedimientos para pre8as de devanado >e proporcionen na gran con*ianza e n los resltados o8tenidos.


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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) 1. Fallas el#ctricas 2recuentes en ,otores de CD. Fallas Eisten algnas *allas el/ctricas comnes en los motores de CD.  continaci+n el#ctricas se descri8irán las más *recentes? 2recuentes en ,otores de CD Estas *allas son el resltado de pro8lemas espec"*icos del diseBo del motor de CD a casa de la temperatra, la *ricci+n  los contaminantes internos, como el car8ono  el gra*ito. 

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Gna de las casas más comnes de *allas en los devanados en n motor de CD es la contaminaci+n del devanado con polvo de car8ono o gra*ito proveniente de las esco8illas. 1. El polvo *ino se introdce en todos los devanados *iAos  rotativos, lo >e genera n paso entre los condctores o entre los condctores conectados a tierra. 2. El car8ono >eda atrapado  los pro8lemas se agravan al realizar la limpieza o el mantenimiento, momento en >e se retira el car8ono con aire comprimido o en >e se limpia la armadra  se seca en caliente.

3. En cal>iera de los casos, el car8ono pede concentrarse en los rincones, generalmente Asto detrás del conmtador. Esto dará como resltado na *alla de conei+n a tierra o espiras en cortocircito en la conei+n del conmtador. 

3tra *alla *recente, >e no sele tenerse en centa, es el en*riamiento de la ma>ina de CD.

1. Esto pede prodcirse por>e los pasos de en*riamiento están o8stridos e los *iltros están scios. 2. Esta ltima es la *alla relacionada con el en*riamiento mas *recente. 3. !a temperatra es el principal enemigo de los e>ipos el/ctricos, en especial del sistema de aislamiento, ca vida til se redcirá a la mitad cada 10C de amento en la temperatra e se de8ilita el aislamiento, s con*ia8ilidad dismine hasta >e se prodcen *allas de devanado entre las espiras. demás de la degradaci+n del sistema de aislamiento, las esco8illas tam8i/n se degradan más rápido  prodcen n desgaste maor en el conmtador  maor contaminaci+n con car8ono en los devanados. 


3tra *alla relacionada con la temperatra se de8e a las prácticas >e esta8lecen corriente a los campos con armadra en reposo
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1. Este en n modo de *ncionamiento comn >e re>iere n ventilador separado para en*riar el motor >e por lo general tiene *iltros >e se de8en mantener limpios. 2. Este tipo de *alla normalmente da como resltado 8o8inas en derivaci+n en cortocircito, lo >e redce la capacidad del motor de prodcir tor>e  pede aca8ar con na condici+n peligrosa de eceso de velocidad en la armadra si no se realiza el mantenimiento adecado. 3. El conmtador tam8i/n pede dar lgar a *allas  pede ser indicador del *ncionamiento  el estado del motor. 4. Gn motor de CD >e *nciona adecadamente tendrá na *ina capa de car8ono so8re el conmtador  las 8arras serán ni*ormes. 6. !as 8arras de n conmtador >emado, na capa raada, na gran cantidad de car8ono o n conmtador recalentado indican posi8les pro8lemas >e de8en resolverse.


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3. +ruebas de ar,adura.

!as armadras de CD son las >e llevan más tiempo, pero son el componente más *ácil de pro8ar. #e peden tilizar tres m/todos 8ásicos? medici+n de tendencia, ensam8lado  desensam8lando. 

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En el caso de la medici+n de tendencia, se tilizan todas las mediciones. #in em8argo en el caso de las pre8as de ensam8lado desensam8lado, se tilizara na medici+n de impedancia entre 8arras.

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#e o8serva la impedancia por>e la armadra en n componente de C  las mediciones de resistencia simples peden pasar por alto algnas *allas, como los cortocircitos o las coneiones a tierra. Mas adelante en este manal, se revisará la medici+n de tendencia en n procedimiento general de tendencias para los mototes de CD. Cando se pre8a la armadra de n motor de CD ensam8lado, el meAor m/todo es realizar lo >e se conoce comnmente como pre8a entre 8arras, mediante las esco8illas del motor. En el caso de n motor de CD >e tiene dos esco8illas, no de8e elevarse ningna de las dos. En el caso de n motor de CD >e tiene catro esco8illas o mas Aegos de esco8illas, se de8en elevar todos los Aegos menos dos a 90 grados entre s", a >e de esta manera >edan *era del circito de pre8a. segrese de >e haa n 8en contacto en el conmtador, al controlar >e más del 90I de la esco8illa est/ en contacto con las 8arras del conmtador  >e las 8arras del conmtador est/n limpias. #i no lo están, limpie la armadra con savidad, con n m/todo apro8ado antes de realizar la pre8a. #i el conmtador está m gastado, de8erá desensam8larlo  se de8erá girar  socavarF, en co caso ser"a apropiado tilizar na pre8a entre 8arras con el conmtador desensam8lado. Gna vez *iAo, mar>e la posici+n de na 8arra en el conmtador, lego lleve la 8arra hasta na posici+n en la >e est/ Asto de8aAo del 8orde de entrada de na de las esco8illas. En la pre8a de ensam8lado, segramente c8rirá al menos na 8arra  media con la esco8illa. )ealice na pre8a de impedancia, tome la lectra  meva la armadra para >e el 8orde de ata>e de la esco8illas est/ encima de la sigiente 8arra del conmtador.

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ome la sigiente lectra de impedancia  contin/ hasta >e se haa pro8ado cada na de las 8arras. Gn 8en resltado mostrará n patr+n constante, mientras >e n patr+n inconstante identi*icará na armadra en mal estado. !a pre8a entre 8arras con la armadra desensam8lada, es igal >e na pre8a con la armadra ensam8lada, la nica di*erencia es >e la armadra está *era del armaz+n  >e >ien realiza la pre8a tiene acceso total al conmtador. En este caso, >ien realiza la pre8a tilizará n posicionador de armadra o condctores de pre8a para hacer la conei+n entre 8arras. El espacio entre cada lectra de impedancia de8e ser constante  estar a na distancia de 90 a 1(0 grados na de otra. #e de8e marcar la primera 8arra  la pre8a de8e continar hasta >e na etensi+n del posicionador o del condctor de pre8a haa dado na velta completa alrededor del conmtador. Mar>e la impedancia de cada pre8a entre 8arras  lego o8serve >e el patr+n registrado sea constante.

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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) 3. +rueba de ,otores en serie.

Prueba

de

motores en serie.

!os motores el/ctricos en serie son n gran desa*i+ en lo >e respecta a la solci+n de pro8lemas, a >e no o*recen distintos grpos de campos para poder comparar. !as lectras peden tomarse de #1 a #2  de 1 a 2  lego esta8lecer la tendencia en el tiempo o compararlas con e>ipos similares. 

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l esta8lecer la tendencia de las lectras en el tiempo, de8e corregirse la temperatra en las lectras de resistencia simple, generalmente en relaci+n con 26C. !a impedancia  la indctancia generalmente presentan na variaci+n m"nima de8ido a la temperatra, mientras >e las lectras del ánglo de des*asamiento  de 4& permanecerán constantes, independientemente de la temperatra. !as variaciones en 4&  en el ánglo de des*asamiento indicarán espiras en cortocircito, mientras >e los cam8ios en la impedancia  la indctancia generalmente indicarán >e los devanados están scios. Para comparar motores similares se necesitarán datos adicionales. El operador tendrá >e asegrarse de >e el motor sea del mismo *a8ricante  tenga el mismo diseBo, as" como la misma velocidad, potencia, etc. El motor modeloF de8e ser nevo o reconstrido segn las especi*icaciones del *a8ricante original. Cando se realizan las lectras comparativas, la temperatra de pre8a de8e ser similar en am8os motores@ no o8stante, los registros de ánglo de des*asamiento  de 4& peden compararse directamente. Estas lectras no de8en cam8iar mas de J&% 2 pntos para 4&  J&% 1 grado para el ánglo de des*asamiento. Gn error *recente >e ocrre cando se reconstren los devanados de campo en serie, an>e menos *recente >e las 8o8inas en derivaci+n, es la sstitci+n incorrecta del tamaBo del hilo, >e impactará en la capacidad del motor de generar tor>e.

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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) 4. +rueba de ,otores en derivación.

Prueba

de

motores

en

derivación

!os motores en derivaci+n con do8le voltaAe o*recen la capacidad de comparar dos Aegos de devanados, mientras >e los motores con n nico voltaAe tendrán el mismo procedimiento de pre8a >e el >e se tiliza para los devanados de motores en serie, con 1  2 en lgar de #1  #2. 

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Con el voltaAe do8le, los devanados en derivaci+n se identi*ican como 1 a 2  7 a 5, para permitir al analista pro8ar  comparar estos dos Aegos de 8o8inas. l pro8ar  solcionar pro8lemas de lectras en el tiempo, de8e corregirse la temperatra en las lectras de resistencia simple, generalmente en relaci+n con 26C. !a impedancia  la indctancia cam8iar án más >e n motor con devanado en serie, de8ido a >e eiste na maor resistencia simple en el circito. El ánglo de des*asamiento e 4& permanecerán constantes, entre 1  2 pntos, independientemente de la temperatra. !as variaciones en 4&  en el ánglo de des*asamiento indicarán espiras en cortocircito, mientras >e los cam8ios en la impedancia  la indctancia generalmente indicarán >e los devanados están scios. !as comparaciones entre 1 a 2  7 a 5 de8en ser menores al 7I en resistencia, indctancia e impedancia  no de8e ha8er mas de 1 pnto de di*erencia en los valores de 4& o en el ánglo de des*asamiento. #e peden pro8ar  comparar motores similares, como los motores de devanado en serie. #iempre >e sea posi8le, se de8en pro8ar los motores, al esta8lecer las tendencias de las lectras, a la misma temperatra >e en las pre8as anteriores. Por eAemplo, a los pocos mintos de ha8er apagado el sistema o antes de iniciarlo@ esto permite realizar las pre8as a temperatras similares.

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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) 5. +rueba de ,otores co,binados.

Prueba motores combinados

de

!as pre8as, el esta8lecimiento de tendencias  la solci+n de pro8lemas son mcho más sencillas con n motor com8inado. !os motores com8inados de voltaAe simple generalmente se identi*ican como 1 a 2, #1 a #2, 1 a 2, mientras >e los motores com8inados de voltaAe do8le generalmente se identi*ican como 1 a 2, #1 a #2, 1 a 2  7 a 5. 

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Gn pnto adicional clave para n motor con devanado com8inado, es >e el devanado en serie se sele realizar so8re el devanado en derivaci+n, lo >e permite >e se prodzcan *allas entre los dos tipos de devanado. l esta8lecer tendencias en n motor com8inado, las pre8as selen tomarse de los terminales del motor de CD. !as pre8as MC estándar realizadas con el all%test inclen seBales de alta *recencia de 8aAo voltaAe >e no daBarán la electr+nica del e>ipo  redcirán la necesidad de desconectar los condctores del motor mientras se realizan las pre8as. #in em8argo, si el analista desea controlar la resistencia de aislamiento entre los devanados en serie  en derivaci+n, de8en desconectarse los condctores del controlador. l esta8lecer las tendencias en n motor de CD, de8e pro8ar 1 a #2  los dos condctores de campo, lego de8e realizar na pre8a de resistencia de aislamiento a 600 voltios entre los condctores #2  1  de8e comparar las pre8as anteriores o los motores similares. En cal>iera de los casos, las lectras de resistencia de aislamiento de8en permanecer por encima de los 100 megaohmios. !a nidad de all%test permite al analizador comparar de inmediato las lectras pasadas  presentes, como n control rápido >e le permite decidir rápidamente si de8e realizar más pre8as en los devanados. al como se mencion+ en las t/cnicas de pre8as en motores en serie o en derivaci+n, las lectras de 4&  de ánglo de des*asamiento no de8en variar más de 1 pnto entre las pre8as@ sin em8argo, con el tiempo, los devanados de campo  en serie variarán drásticamente entre s".

!a resolci+n de los pro8lemas en los motores com8inados de8e realizarse en el motor mismo.

1. Desconecte todos los condctores del motor  sepárelos. 2. Pre8e los devanados en serie  de campo como se eplica en las instrcciones para devanados en serie  en derivaci+n.


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3. !ego realice na pre8a de resistencia de aislamiento entre los devanados en serie  en derivaci+n. !a resistencia de aislamiento de8e ser maor a 100 megaohmios.


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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) 6. 7otas generales sobre las 'ruebas de anlisis de circuitos de ,otores (MCA) en ,otores de CD.

Notas generales #e peden identi*icar varios pntos clave al sar la pre8a MC en cal>ier tipo sobre

las de CD?

pruebas

de

analisis

1. Cal>ier lectra de 4& >e est / por *era del rango de %16 a %60, por eAemplo %6:, indica >e ha na *alla en el devanado. 2. #i la pre8a mestra na resistencia in*inita entre los condctores del mismo circito, signi*ica >e ha n devanado a8ierto.

3. Gn amento en la resistencia simple entre pre8as, cando se corrige segn la temperatra, signi*ica na conei+n *loAa, en particlar cando cam8ian las lectras de impedancia e indctancia. Gna resistencia simple redcida, cando se corrige para tener en centa la temperatra, pede signi*icar n cortocircito, generalmente acompaBado de variaciones en la impedancia, la indctancia, el ánglo de des*asamiento  el valor 4&. 4. Cando se pre8an motores similares, los valores de 4&  el ánglo de des*asamiento no de8e variar más de 2 pntos@ si eiste na di*erencia maor, de8er"a realizarse n análisis completo. 5. #i se registran cam8ios al pro8ar el circito de armadra, de8er"a realizarse na pre8a entre 8arras. #i se sigen estas instrcciones sencillas, el so de n dispositivo MC le permitirá detectar *allas mcho antes de >e el e>ipo empiece a *ncionar mal. #i realizan las pre8as como parte de n programa de mantenimiento predictivo, la *recencia de8er"a ser la >e se mestra en la a8la 1 .

ipo de pre8a

-o cr"tica

'eneral

Cr"tica

Mantenimiento general

Cada 1 aBo

Cada : a 9 meses

Cada 7 a : meses

Mantenimiento predictivo

Cada : meses

Cada 7 meses

Mensalmente

Pre8a de armadra

Cada 1 aBo

Cada : meses

Cada 7 meses

a8la 1? recencia de pre8as en motores de CD. 


!as pre8as de mantenimiento general no se tilizan para esta8lecer la tendencia en el tiempo. En general, están acompaBadas de pre8as de vi8raci+n, l8ricaci+n de coAinetes, inspecci+n del conmtador e inspecci+n de las esco8illas. !P#%M&'%E%00(

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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) 

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!as pre8as de mantenimiento predictivo generalmente implican lectras para esta8lecer tendencias en el tiempo, para detectar posi8les *allas  determinar la meAor manera de retirar el motor para someterlo a n mantenimiento correctivo. #e de8e realizar na pre8a de armadra completa Anto con na pre8a de mantenimiento general o predictivo de8ido a las altas presiones eAercidas so8re el conmtador  a la contaminaci+n por car8ono.

Gna vez >e se identi*ica na posi8le *alla, las pre8as de8en realizarse con maor *recencia, hasta >e se determine >e el motor de8e darse de 8aAa.


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Manual de Motores de Corriente Directa (C.D.) 8. Conclusión.

Conclusión

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!a pre8a el/ctrica general de los motores de corriente el/ctrica directa se realiza más *ácilmente, si se emplean las nevas t/cnicas disponi8les con análisis de circitos de motores estáticos. Por primera vez, se peden detectar con anticipaci+n las *allas de espiras en los devanados en serie, en derivaci+n  de armadra, antes de >e deAen el e>ipo *era de servicio. !as pre8as de mantenimiento predictivo peden realizarse desde el controlador  las pre8as para solcionar pro8lemas peden realizarse en el motor. En general, las pre8as no llevan mcho tiempo? re>ieren menos de cinco mintos por motor en el caso de las pre8as de mantenimiento predictivo  llevan n poco más de tiempo en caso de >e sea necesario solcionar algn pro8lema. En s"ntesis, las pre8as MC meAoran ampliamente las pre8as realizadas en motores de CD con el m/todo tradicional de pre8as continas.

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Motores CD

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