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TECSUP - PFR Mantenimiento de Motores Eléctricos

Índice

Unidad I: MOTORES UNIVERSALES

1. Ventajas y desventajas de los motores universales ............................................ 22. Funcionamiento del motor universal ................................................................. 23. Característica par-velocidad del motor universal ................................................ 34. Aplicaciones de los motores universales ............................................................ 35. Partes del motor universal ............................................................................... 4

5.1. El núcleo del estator ............................................................................. 45.2. El núcleo del rotor ................................................................................ 55.3. El colector ............................................................................................ 65.4. Los porta carbones ............................................................................... 65.5. Bobina de campo .................................................................................. 75.6. El rotor ............................................................................................... 75.7. Cambio de giro en los motores universales ............................................. 85.8. Rebobinado del estator ......................................................................... 95.9. Procedimientos para el bobinado ........................................................... 95.10. Rebobinado del rotor o inducido .......................................................... 12

6. Referencia .................................................................................................... 24

Unidad II: MANTENIMIENTO DE MOTORES DE FASE DIVIDIDA

1. Introducción ................................................................................................. 252. Motor de fase dividida ................................................................................... 263. Clasificación .................................................................................................. 30

3.1. Motor de fase dividida con devanado auxiliar de arranque ..................... 313.2. Funcionamiento del motor con devanado auxiliar de arranque ............... 323.3. Acción del interruptor centrífugo .......................................................... 323.4. Devanado principal ............................................................................. 333.5. Devanado auxiliar ............................................................................... 333.6. Diagrama fasorial y campo .................................................................. 33

3.7. Motor de fase dividida con devanado auxiliar y capacitor de arranque .... 343.8. Aplicaciones ....................................................................................... 353.9. Motor de fase dividida con devanado auxiliar y capacitor

de régimen ........................................................................................ 353.10. Motor de fase dividida con devanado auxiliar, capacitor de

régimen y capacitor de arranque ......................................................... 383.11. Aplicaciones especiales y elementos de arranque y protección ............... 403.12. Aspecto físico de los elementos de control y protección ........................ 41

3.12.1. Relee ptc (positive temperature coefficient) y releevoltimetrito ........................................................................ 42

3.13. Esquema eléctrico de la instalación ...................................................... 44

3.14. Esquema eléctrico .............................................................................. 454. Referencias ................................................................................................... 45

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Unidad III: MANTENIMIENTO MOTORES TRIFÁSICOS

1. El motores trifásicos ...................................................................................... 47

2. Partes constructivas ...................................................................................... 482.1. Campo magnético giratorio ................................................................. 483. Clasificación .................................................................................................. 52

3.1. Motor sincrónico ................................................................................. 523.2. Motores asincrónicos o de inducción .................................................... 533.3. Motores asincrónicos, jaula de ardilla .................................................. 533.4. Rotor ................................................................................................. 54

4. Principios de funcionamiento ......................................................................... 564.1. Corriente inducida en el rotor .............................................................. 564.2. Funcionamiento como transformador .................................................. 574.3. Funcionamiento como motor ............................................................... 59

4.4. Funcionamiento como generador ........................................................ 594.5. Funcionamiento como freno electromagnético ..................................... 604.6. Deslizamiento .................................................................................... 614.7. Tensión inducida en el rotor ................................................................ 614.8. Disipación de calor ............................................................................. 63

5. La potencia de accionamiento ........................................................................ 646. Aplicaciones y fallas de los motores eléctricos ................................................. 657. Aplicaciones de los momentos de torsión constante ........................................ 668. Motores conectados a la red .......................................................................... 679. Fallas de los motores eléctricos ...................................................................... 68

9.1. Servicio de corta duración ................................................................... 689.2. Servicio intermitente .......................................................................... 68

10. Eficiencia de los motores eléctricos ................................................................ 7011. Conexión de motores de arrollamiento normal de redes .................................. 7212. Conclusión .................................................................................................... 7213. Parámetros típicos de control del motor ......................................................... 7314. Registro de servicio del motor ........................................................................ 7415. Hoja de análisis de vibración.......................................................................... 7516. Nomograma de vibración ............................................................................... 7617. Referencias .................................................................................................. 76

Unidad IV: MANTENIMIENTO DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

1. Fundamentos mecánicos de los motores ........................................................ 771.1. Medida de la frecuencia de giro ........................................................... 781.2. Medida del par ................................................................................... 791.3. Relación entre la frecuencia de giro, el par y la potencia ....................... 84

2. Máquina de corriente continua ....................................................................... 872.1. Funcionamiento de los generadores de corriente continua .................... 872.2. Fuerza electromotriz - tensión en circuito abierto ................................. 912.3. Reacción del inducido ......................................................................... 93

3. Motores de corriente continua ....................................................................... 963.1. Funcionamiento de los motores de corriente continua .......................... 96

3.2. Fuerza contraelectromotriz. Corriente de inducido ............................... 973.3. Sentido y frecuencia de giro ................................................................ 98

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3.4. Reacción del inducido ....................................................................... 1003.5. Conexiones – comportamiento de régimen ......................................... 101

3.5.1. Motor con excitación en derivación .................................... 101

3.5.2. Motor de continua con excitación independiente ................. 1043.5.3. Motor con excitación en serie ............................................ 1053.5.4. Motor compound .............................................................. 108

4. Mantenimiento de las máquinas ................................................................... 1094.1. Mantenimiento de rutina ................................................................... 1114.2. Mantenimiento predictivo .................................................................. 1204.3. Otras pruebas .................................................................................. 126

5. Referencias ................................................................................................. 126

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UNIDAD I

MMOOTTOOR R EESS UUNNII V V EER R SS A ALLEESS

Se llama motor universal al que puede funcionar indistintamente con corriente continua

y con corriente alterna monofásica sin que su velocidad sufra variación sensible. Los

motores universales no suelen ser de potencia superior a un caballo de fuerza (HP).

Estos motores se usan en máquinas de uso electrodoméstico e industrial como:

licuadoras, aspiradoras para el polvo, lustradoras, batidoras, etc. En la Industria, tienesu aplicación en pequeñas máquinas portátiles como: taladros, esmeriles cortadoras,

máquinas herramientas, etc.

Fig. 1 Motor Universal

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1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MOTORES UNIVERSALES

Entre las ventajas de estos motores deben contarse éstas:

1. Que pueden construirse para cualquier velocidad de giro y resulta fácil

conseguir grandes velocidades, cosa que no puede conseguirse con otros

motores de c.a.

2. Funcionan indistintamente con c.c. y/o con c.a.

3. Poseen un elevado par de arranque.

4. La velocidad se adapta a la carga.

5. Para regular la velocidad de giro basta con conectar un reóstato en serie con

el inducido.

Las desventajas de estos motores son:

1. Que contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica; es

preciso entonces comprobar el desgaste del colector, de las escobillas, el

envejecimiento de los muelles que las oprimen contra las delgas del colector,

etc.

2. El contacto deslizante entre colector y escobillas produce chispas que

pueden perturbar el funcionamiento de los receptores de radio y de

televisión que se encuentran en zona próxima al motor.

3. Por causa de la gran velocidad de giro, estos motores son algo ruidosos.

4. Su inducido es de difícil reparación, casi siempre resulta más ventajoso

sustituirlo por otro nuevo.

Los motores universales miniatura, como los que se utilizan en máquinas de

afeitar y en juguetería, por ejemplo, tienen el inducido mucho más simple; casi

siempre con tres bobinas arrolladas sobre núcleos en estrella. El colector, para

que ocupe menos espacio, deja de ser de tambor para convertirse en un colector

de disco. También el estator es muy simple, con una sola bobina.

En algunos juguetes que funcionan con c.a. el inductor es de dos piezas, una de

ellas es móvil. El movimiento de esta parte del inductor (que se produce siempre

que se interrumpe la corriente) arrastra el dispositivo del cambio de marchas.

2.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR UNIVERSAL

Los motores universales funcionan generalmente en altas velocidades, de 3.500

a 20.000 r.p.m., esto da lugar a un alto cociente de energía-a-peso y de energía-

a-tamaño, haciéndolos deseables para las herramientas hand-held, aspiradores ymáquinas de costura.

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Un motor universal tiene altas velocidades usando diversas corrientes de una

fuente de energía.

El funcionamiento cerca de la carga clasificada es similar para todas las fuentes,

comenzar el esfuerzo de torsión es alto y la regulación de la velocidad es pobre,

la velocidad es muy alta en las cargas que son bajas. Teóricamente, en la carga

cero la velocidad llega a ser infinita, así algunos motores universales deben

emplear controles de velocidad.

Este motor está construido de manera que cuando los devanados inducidos e

inductor están unidos en serie y circula una corriente por ellos, se forman dos

flujos magnéticos que al reaccionar provocan el giro del rotor, tanto si la tensión

aplicada es continua como alterna.

3. CARACTERÍSTICA PAR-VELOCIDAD DEL MOTOR UNIVERSAL

En la figura 1 se muestra una típica característica par-velocidad de un motor

universal. Esta característica difiere de la característica par-velocidad de la misma

máquina que opera conectada a una fuente DC por las 2 siguientes razones:

Los devanados del inducido y de campo tienen reactancia bastante grande a

50 o 60 Hz. Una parte significativa del voltaje de entrada cae a través de

estas reactancias; por tanto, E A es menor para un voltaje de entrada dado

durante la operación a.c. que durante la operación d.c. Puesto que E A= kØω,

para una corriente del inducido y un par inducido dados, el motor es más

lento en corriente alterna que en corriente continua.

Además, el voltaje máximo de un sistema es 2 veces su valor rms, de modo

que podría ocurrir saturación magnética cerca de la corriente máxima de la

máquina. Esta saturación podría reducir significativamente el flujo rms del

motor para un nivel de corriente dado y tiende a reducir el par inducido de la

máquina.

4. APLICACIONES DE LOS MOTORES UNIVERSALES

El motor universal tiene la característica par-velocidad descendente, fuertemente

empinada de un motor dc serie, de modo que no es adecuado para aplicaciones

de velocidad constante. Sin embargo, por ser compacto y dar más par por

amperio que cualquier otro motor monofásico, se utiliza en aplicaciones donde serequieren un peso ligero y alto par.

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4

Aplicaciones típicas de este motor son las aspiradoras eléctricas, los taladros y las

herramientas manuales similares, así como los utensilios de cocina.

ηm

τind Gráfico 1 Torque Velocidad

5. PARTES DEL MOTOR UNIVERSAL

La carcasa suele ser por lo regular de acero laminado, de aluminio o de fundición

con dimensiones adecuadas para mantener firmes las chapas del estator. Los

polos suelen estar afianzados a la carcasa con pernos pasantes. Con frecuencia

se construye la carcasa de una pieza, con los soportes o pies del motor.

El estator o inductor, que se representa junto con otras partes componentes,

consiste en un paquete de chapas de forma adecuada, fuertemente prensadas y

fijadas mediante remaches o pernos.

5.1. EL NÚCLEO DEL ESTATOR

Pieza formada por un conjunto de láminas de hierro silicoso, conforme se

muestra en la siguiente figura:

Motor universal

(Fuente AC)

Motor serie

(Fuente dc)

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Fig. 2 Circuito Magnético del EstatorFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

5.2. EL NÚCLEO DEL ROTOR

Pieza formada por un conjunto de láminas de hierro silicoso dividido en

ranuras.

Fig. 3 Circuito Magnético del rotorFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

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5.3. EL COLECTOR

Pieza cilíndrica dividida en delgas formando por un conjunto de platinasde cobre separadas eléctricamente, cada una de ellas, mediante material

aislante.

Fig. 4 Conmutador

Fuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

5.4. LOS PORTA CARBONES

Son piezas metálicas cubiertas con material aislante y tienen por finalidad

mantener en contacto eléctrico a los carbones con el colector.

Los porta carbones están asegurados a la tapa del motor.

Fig. 5 Soporte de los Porta CarbonesFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

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5.5. BOBINA DE CAMPO

A ésta bobina se le conoce también como bobina inductora y tiene por

finalidad formar la pieza polar magnética norte sur del motor. La formacomo se instala en el núcleo está indicada en la figura.

Fig. 6 Estator del Motor UniversalFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

Los extremos de estas bobinas están ubicados según se indica en la

siguiente figura, siendo P1 y F1 extremos principio y final de la bobina

que forma un polo. P2 y F2 extremos de la bobina que formará el

siguiente polo.

Fig. 7 Bobinas de Campo

Es importante que los extremos P1 y P2 queden al lado izquierdo de lapieza polar.

5.6. EL ROTOR

El inducido es similar al de un motor de corriente continua pequeño.

Consiste en un paquete de chapas que forma un núcleo compacto con

ranuras normales u oblicuas y un colector al cual van conectados los

terminales del arrollamiento inducido. Tanto el núcleo de chapas como el

colector, van sólidamente asentados sobre el eje.

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A1 A2

Fig. 8 Rotor y Símbolo del Motor UniversalFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

Formas de conexión de las bobinas de campo con la del rotor.

Fig. 9 Esquema de Conexión del Motor Universal

5.7. CAMBIO DE GIRO EN LOS MOTORES UNIVERSALES

Para el cambio de giro basta conmutar los extremos de los terminales que

conectan a los carbones conforme se indican en las siguientes figuras.

Fig. 10 Esquema para cambio de giro Motor Universal

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5.8. REBOBINADO DEL ESTATOR

Se rebobina el estator cuando:

La bobina está abierta.

La bobina está en corto circuito

La bobina está en contacto eléctrico al núcleo.

Para localizar la falla se ejecutarán las pruebas de la siguiente figura.

Fig. 11 Prueba de continuidad en bobina de campo

5.9. PROCEDIMIENTOS PARA EL BOBINADO

1. Quitar la bobina del núcleo.

2. Contar el número de vueltas o espiras.

3. Calibrar el conductor.

4. Dimensionar ventana del bobinado original para hacer el molde.

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Fig. 12 Bobina de campo Fig. 13 Molde para bobina de campo


5. Molde para la bobina inductora.- Se hace de madera, (Fig. 13),

tomando en cuenta las dimensiones de la bobina original.

6. Dar forma a las bobinas con sus extremos P y F conforme se indica

en la siguiente figura.

Fig. 14: Forma de las bobinas de campo para montaje al núcleo del estatorFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

7. Colocar las bobinas al núcleo: puede ser de las formas indicadas en

las siguientes figuras.

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Fig. 15 Cuña para asegurar la bobina de campo


Fig. 16 Sujeción de las bobinas Inductoras mediante cuñas de fibraFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

Fig. 17 Sujeción de las bobinas Inductoras mediante tiras o grapas Metálicas


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5.10. REBOBINADO DEL ROTOR O INDUCIDO

Se rebobina el rotor después de realizar las siguientes pruebas:

Observar señal de quemadura o rotura del bobinado.

No pasa la siguiente prueba.

Fig. 18 Prueba de aislamiento del rotor

Prueba de continuidad en todas las delgas.

Fig. 19 Prueba de continuidad en bobina del rotor

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En esta prueba, la lámpara deberá iluminar cada vez que se toquen las

delgas en todo el perímetro del colector. En caso de ubicar alguna delga

que no indique continuidad sería por:

1. Terminal de bobina desconectado del colector; se corrige por acción

de la soldadura.

2. Espira abierta en el interior del bobinado, en este caso deberá

rebobinarse la armadura.

Prueba de la bobina en corto circuito.- Esta prueba se realiza con

ayuda de un probador electromagnético que al conectarse a una red

de corriente alterna desarrolla un campo magnético variable.

Fig. 20 Probador de bobinas en corto circuitoFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

Colocamos la armadura en el probador energizado, se coloca una lámina

de hierro o acero sobre la ranura.

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LÁMINA FERRO MAGNÉTICA

Fig. 21 Probando bobina del rotorFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

Si hubiera bobina en corto circuito ésta, desarrollará una corrientevariable en circuito cerrado generando un campo magnético variable

alrededor de la misma; este campo magnético se detecta mediante la

lámina delgada de acero pegada a la parte superior y en el centro de la

ranura de la armadura. Si la platina vibra, el lado de la bobina en corto

circuito está en esa ranura; se debe probar en todas las ranuras.

HERRAMIENTAS

PARA LIMPIEZA

DE LAS DELGAS

Fig. 22 Mantenimiento al conmutador


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Si se detecta bobina en corto circuito, se puede corregir, limpiando las

ranuras del colector de la forma como se indica en la Fig. 21; se repite la

prueba y si la hoja metálica sigue vibrando se tendrá que rebobinar la

armadura.

Fig. 23 Circuito magnético y conmutador del motor universalFuente: R. Rosemberg, Reparación de Motores Eléctricos

Toma de datos para el rebobinado.- Para la toma de datos del

bobinado de la armadura, es importante tener conocimiento de lo quea continuación trataremos.

Para facilitar la explicación presentamos la armadura de la Fig. 23

extendida en un plano dividida en ranuras y delgas tal como se indica

en la siguiente figura.

Fig. 24 Representación del rotor en un plano

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La relación número de ranuras con números de delgas de una armadura,

hacen que éstas puedan ser:

Armadura para bobinado simple con centro de ranura frente al centro

de delga como lo muestra la Fig. 28 ó con centro de ranura frente al

centro de aislamiento o separación entre delgas; Fig. 29.

Armadura para bobinado doble con centro de ranura frente al centro

de delga Fig. 30 ó centro de ranura frente a centro de aislamiento,

según se muestra en la Fig. 31.

Armadura para bobinado triple Fig. 32, el mismo que puede ser al igual

que en los casos anteriores.

Fig. 25 Armadura con centro de ranura frente a centro de delgas.

En la práctica, no siempre se da las coincidencias de los casos antes

mencionados; algunas veces, los centros de ranuras, podrían estar algunos

grados a la derecha o izquierda de las delgas.

Es importante tomar en cuenta estos detalles en los casos en que se tuviera

que cambiar el colector de la armadura.

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Fig. 26 Armadura para bobinado simple con centro de ranura frente al centro deaislamiento entre delgas

Fig. 27 Armadura para bobinado doble con centro de ranura frente alaislamiento entre delgas

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Fig. 28 Armadura para bobinado triple con centro de ranura frente al centro dedelgas

Partes de una bobiana:

Fig. 29 Partes de una bobina

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Las bobinas.- Son piezas formadas por un conjunto de espiras o vueltas

de alambre de cobre esmaltado.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

PASO DE BOBINA

Fig. 30 Bobina insertada en las ranuras de armadura

Paso de bobina.- Es la cantidad de ranuras, del núcleo, abarcado por una

bobina.

Las bobinas de una armadura pueden ser de avance progresivo o

regresivo con sus extremos principio y final de bobinas frente al lado “A”de las mismas.

Fig. 31 Esquema de conexión de bobinas al conmutador

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O frente al lado “B”.

Fig. 32 Conexión de bobinas al conmutador

En ambos casos, el avance del bobinado puede ser progresivo, como los

ya mostrados, o regresivo como el que se indica a continuación.

Fig. 33 Conexión de bobinas al conmutador

Por la seguridad mecánica del bobinado de las armaduras pueden

adoptarse diferentes procedimientos en el bobinado.

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El procedimiento de uso más frecuente es el dividido en “H” de avance

progresivo o regresivo, dependiendo del diseño original.

Fig. 34 Formas de montaje de bobinas al rotor

En una armadura para bobinado doble, el procedimiento es como se

indica en la figura 1.35.

Fig. 35 Esquema de un bobinado de rotor

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Habiendo conocido las diferentes formas del bobinado de armaduras,

estamos en condiciones de tomar los datos del bobinado siguiendo los

siguientes pasos:

1. Identificar el avance del bobinado.- Esto se logra viendo la armadura

por el lado del colector y ubicando la última bobina que estará en la

parte superior de todas, si esta sobre la parte superior del lado B de

la anterior es progresivo y si fuera lo contrario es regresivo.

2. Para ubicar los terminales de cualquiera de las bobinas; colocamos la

armadura sobre el probador electromagnético, con la hoja de acero

se ubican las ranuras que no tengan bobina en corto circuito.

3. Dejando la hoja de acero en la ranura que no tiene bobina en corto

circuito, con ayuda de un conductor eléctrico se conectan las delgasde 2 en 2 en el perímetro del colector, hasta lograr que la hoja de

acero empiece a vibrar dando la señal que en ésas delgas están los

extremos de la bobina que pasa por esa ranura.

4. Se debe pensar que en cada ranura hay lados de bobinas a la

izquierda y derecha, por el que debemos saber a cual de las bobinas

corresponde la delga ubicada.

5. En caso de un bobinado doble la señal será dada en 3 delgas, ya que

por la misma ranura habrá 2 lados de bobinas uno a la izquierda y

dos a la derecha.6. Ubicado los extremos de bobina en las delgas del colector, verificar el

sentido del enrollamiento de espiras por bobina contando el número

que puede ser en sentido ala derecha o a la izquierda.

7. Se determina el número total de conductores en cada ranura

dividido: entre 2 cuando el bobinado es simple, entre 4 cuando es

doble, entre 6 cuando sea triple, etc.

8. Se mide el diámetro del conductor con el micrómetro y se ubica el

calibre en la tabla correspondiente.

9. Se identifica el tipo de material aislante para reemplazarlo.

Preparación de la Armadura para el Bobinado.- Se debe realizar:

Limpiar todos los residuos del bobinado, dañado, impregnado en las

ranuras para colocar el nuevo aislamiento que puede ser papel

pescado o material aislante fabricado para tal fin.

Limpiar el colector quitando residuos de estaño y conductor de las

delgas con ayuda del cautín caliente.

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Probar el estado del colector con ayuda de lámpara serie de 100wat.

220 voltios. Con ésta prueba se determina el estado del aislamiento

entre delga y delga; en caso de indicar continuidad se puede rectificar

limpiando las ranuras entre delgas, si no mejora, la solución será

cambio de colector.

Bobinar rotor y:

1. Colocar láminas de fibra roja o aislamiento de cartón prensado en las

ranuras.

2. Asegurar cabezas de bobinas con pabilo de algodón.

3. Realizar las pruebas que determinan el estado del bobinado de una

armadura.4. Poner al horno a 120º C por 30 minutos.

5. Dar baño de barniz aislante y poner a secar al horno a la misma

temperatura anterior durante 4 horas. Durante el secado, deberá

girar la armadura para balancear el peso del barniz.

6. Limpiar armadura, armar el motor y probar.

A continuación se enumeran las fallas más comunes y sus posibles causas

en los motores universales.

1. Si se producen chispas abundantes durante el funcionamiento. Las

causas pueden ser:

Terminales de bobinas conectados a delgas que no corresponden.

Polos inductores con cortocircuitos.

Interrupción en las bobinas del inducido.

Cortocircuitos en bobinas del inducido.

Terminales de bobinas invertidos

Cojinetes desgastados

Láminas de mica salientes.

Sentido de rotación invertido.

2. Si el motor se calienta en exceso, puede ser debido a:

Cojinetes desgastados.

Falta de engrase en los cojinetes.

Bobinas con cortocircuitos.

Sobrecarga

Arrollamientos inductores con cortocircuitos. Escobillas mal situadas.

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3. Si el motor desprende humo, las causas pueden ser:

Inducido con cortocircuitos

Arrollamientos inductores con cortocircuitos.

Cojinetes desgastados

Tensión inadecuada.

Sobrecarga.

4. Si el par motor es débil, puede ser debido a las siguientes causas:

Bobinas con cortocircuitos

Arrollamientos inductores con cortocircuitos.

Escobillas mal situadas.

Cojinetes desgastados.

6. REFERENCIA

Mantenimiento y reconstrucción de motores eléctricos H. Mendoza C.

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