En situaciones de arranque y parada frecuentes (p. ej., ascensores, máquinas herramienta CNC, líneas de producción automatizadas), los motores de CC experimentan transiciones repetidas de 0 a velocidad nominal y viceversa. Esto somete a componentes específicos a impactos constantes y pérdida de energía, lo que requiere una atención especial en cuatro componentes principales: Escobillas y conmutadores, bobinados de inducido, cojinetes y frenos electromagnéticosA continuación se detallan sus mecanismos de desgaste y las medidas de mantenimiento específicas:
1. Escobillas y conmutadores: zonas de alto impacto para la fricción y las chispas durante los arranques y las paradas.
Los arranques y paradas frecuentes aceleran el desgaste de las escobillas y los conmutadores, impulsados por dos factores clave: primero, la corriente del inducido fluctúa drásticamente durante los arranques y paradas (la corriente de arranque puede alcanzar de 5 a 8 veces la corriente nominal), y la velocidad del conmutador aumenta o disminuye rápidamente desde 0, lo que provoca un "impacto de fricción deslizante" y una "intensificación de las chispas de conmutación" en la interfaz de contacto. Por otro lado, el impacto de fricción acelera el desgaste de las escobillas: en condiciones normales de funcionamiento continuo, las escobillas suelen durar entre 2000 y 3000 horas, pero esta vida útil se acorta a 800-1200 horas en situaciones de arranques y paradas frecuentes. Si las escobillas no se reemplazan cuando se desgastan a 1/3 de su longitud original, el área de contacto disminuye, la densidad de corriente aumenta y las chispas empeoran. Por otro lado, los cambios repentinos en la fuerza electromotriz de conmutación durante los arranques/paradas generan fácilmente chispas fuertes, que queman la superficie del conmutador, creando picaduras o capas de óxido y aumentando la resistencia de contacto, formando un círculo vicioso de “desgaste → chispas → desgaste más severo”.
El mantenimiento se centra en tres pasos clave:
- Inspeccione regularmente el desgaste de las escobillas cada 200-300 horas de funcionamiento. Reemplace las escobillas por modelos adecuados (p. ej., las escobillas compuestas de grafito y polvo metálico son preferibles para situaciones de arranques y paradas frecuentes, ya que ofrecen un 30 % más de resistencia al desgaste que las escobillas de grafito puro) y asegúrese de que la presión de las escobillas se estabilice a 15-25 kPa (una presión insuficiente provoca chispas; una presión excesiva acelera el desgaste).
- Pula la superficie del conmutador con papel de lija fino de grano 400 cada 500 horas para eliminar las capas de óxido y las picaduras, asegurándose de que la rugosidad superficial (Ra) sea ≤ 0,8 μm. Limpie la superficie con alcohol después del pulido.
- Aplique una capa fina de grasa conductora (por ejemplo, grasa a base de grafito) a la superficie del conmutador para reducir el coeficiente de fricción durante los arranques/paradas y minimizar las chispas.
2. Bobinados de armadura: Riesgos de degradación del aislamiento y pérdida de cobre bajo el impacto de la corriente de arranque y parada
Durante los arranques y las paradas, los devanados del inducido se enfrentan a una doble amenaza de desgaste:
- Una corriente de arranque alta provoca un aumento repentino de la pérdida de cobre (Pcu = I²R). Por ejemplo, un motor con una corriente nominal de 50 A puede tener una corriente de arranque de 300 A, lo que aumenta la pérdida de cobre a 36 veces el nivel de operación nominal. Esto provoca un aumento repentino de la temperatura en los devanados, acelerando el envejecimiento del aislamiento (p. ej., la vida útil del aislamiento de clase B se reduce a la mitad al exponerse a temperaturas superiores a 130 °C).
- A medida que el rotor gira, los devanados del inducido soportan repetidos impactos de fuerza electromagnética. Especialmente en los extremos fijos de los cables del devanado, la vibración daña fácilmente la capa aislante, lo que provoca cortocircuitos entre espiras.
El mantenimiento se centra en el “control de corriente” y las “pruebas de aislamiento”:
- Instale un arrancador suave en el circuito de inducido. Al aumentar gradualmente la tensión del inducido, la corriente de arranque se limita a 1,5-2 veces el valor nominal (p. ej., 75-100 A para un motor de 50 A), lo que evita impactos de alta corriente.
- Pruebe la resistencia de aislamiento de los devanados del inducido con un megóhmetro cada 3 meses, asegurándose de que se mantenga ≥ 0,5 MΩ (para motores de 380 V). Si la resistencia de aislamiento disminuye, desmonte el motor y seque los devanados con una pistola de calor (temperatura ≤ 80 °C) o vuelva a aplicar pintura aislante (p. ej., pintura aislante modificada con epoxi).
- Inspeccione la cinta de unión en los extremos de los devanados del inducido. Reemplace la cinta suelta o rota con alternativas resistentes a altas temperaturas (por ejemplo, cinta de fibra de vidrio) para evitar el desgaste por vibración.
3. Cojinetes: Riesgos ocultos de fuerza radial y fallos de lubricación durante arranques y paradas
Los arranques y paradas frecuentes alteran la lubricación estable y el equilibrio de fuerza de los rodamientos:
- Al arrancar, el rotor se acelera repentinamente desde el reposo, lo que provoca fricción por deslizamiento (en lugar de la fricción de rodadura normal) entre el anillo interior del rodamiento y las bolas. Esto rompe la película de grasa, acelerando el desgaste de las bolas y las pistas de rodadura.
- Durante los arranques y paradas, el eje del motor tiende a descentrarse radialmente debido a las fluctuaciones de carga, lo que somete a los rodamientos a una fuerza radial adicional. Con el tiempo, esto aumenta la holgura de los rodamientos (los rodamientos rígidos de bolas normales tienen una holgura ≤ 0,1 mm, que puede superar los 0,2 mm tras arranques y paradas frecuentes), lo que provoca ruidos y vibraciones anormales.
El mantenimiento pone énfasis en la “gestión de la lubricación” y las “pruebas de holgura”:
- Reduzca el intervalo de cambio de grasa de 6 meses (para funcionamiento normal) a 3 meses para arranques y paradas frecuentes. Utilice grasa resistente al cizallamiento y a altas temperaturas (p. ej., grasa compuesta a base de litio de grado 2, apta para temperaturas de -20 °C a 150 °C) y llene entre la mitad y dos tercios del espacio interno del rodamiento (el exceso de grasa provoca sobrecalentamiento; la falta de grasa produce fricción seca).
- Monitoree el ruido de los rodamientos con un estetoscopio cada 200 horas. Si se escuchan zumbidos o clics, apague el motor inmediatamente. Mida la holgura de los rodamientos con una galga de espesores y reemplácelos si la holgura supera los 0,15 mm.
- Asegúrese de que la desviación de coaxialidad entre el eje del motor y el acoplamiento sea ≤ 0,1 mm durante la instalación para reducir el impacto de la fuerza radial durante los arranques/paradas.
4. Frenos electromagnéticos: Desgaste de las pastillas y bobinas de freno por frenadas frecuentes
Algunos motores de CC (p. ej., motores de tracción de ascensores y motores de elevación) están equipados con frenos electromagnéticos. Los arranques y paradas frecuentes requieren que el freno se active y desactive repetidamente, lo que provoca dos tipos de desgaste:
- Desgaste de las pastillas de freno: Cada ciclo de frenado genera fricción entre la pastilla y el tambor. El frenado frecuente reduce rápidamente el grosor de las pastillas (el grosor normal es de 5 mm; el desgaste puede alcanzar entre 0,5 y 1 mm al mes en situaciones de arranques y paradas frecuentes). Cuando el grosor es inferior a 2 mm, el rendimiento de frenado se degrada significativamente.
- Desgaste de la bobina: La activación frecuente de la bobina de freno aumenta la pérdida de cobre. Además, el impacto de la fuerza electromagnética durante el acoplamiento daña fácilmente la capa aislante de la bobina, lo que provoca cortocircuitos.
Objetivos de mantenimiento “pastillas de freno” y “bobinas”:
- Inspeccione semanalmente el grosor de las pastillas de freno. Reemplácelas cuando el grosor sea inferior a 2 mm, asegurándose de que el área de contacto entre la pastilla y el tambor sea ≥ 90 % para evitar una fuerza desigual durante el frenado.
- Mida la resistencia de la bobina del freno mensualmente. Si la desviación del valor nominal supera el 5 %, desmonte la bobina para comprobar si hay cortocircuitos entre espiras. Rebobine la bobina o reemplace todo el conjunto del freno si detecta cortocircuitos.
- Aplique una capa fina de revestimiento resistente al desgaste de alta temperatura (por ejemplo, revestimiento a base de cerámica) a la superficie del tambor de freno para mejorar la resistencia al desgaste de las pastillas y los tambores, extendiendo la vida útil de las pastillas.
En resumen, para motores de CC en situaciones de arranque y parada frecuentes, las inspecciones de alta frecuencia y el mantenimiento específico de escobillas/conmutadores, bobinados de inducido, cojinetes y frenos electromagnéticos pueden reducir las tasas de fallo de los componentes en más de un 60 %. Esto garantiza un funcionamiento estable a largo plazo y evita paradas de producción o accidentes de seguridad causados por daños en los componentes.