Motores Cc De La Pala.pdf

MOTORES EL CTRICOS DE CC ELÉCTRICOS DE PALAS PARA MINER LA MINERÍA

Esta guía de referencia entrega información básica acerca del diseño, operación, diagnóstico de averías y mantención de los motores eléctricos usados en las palas para la explotación minera. No es su intención, ni deberá ser utilizada como sustituto de los manuales de operación, mantención o servicio del fabricante, se deberá utilizar sólo como un suplemento de estos. © 2003 Harnischfeger Corporation. Todos los derechos reservados. Todos los materiales contenidos en esta guía están protegidos por las leyes del derecho de autor de Estados Unidos y no deberán ser reproducidos, distribuidos, transmitidos, revelados, publicados o difundidos sin el consentimiento previo de Harnischfeger Corporation. Usted no podrá alterar o eliminar ninguna marca comercial, propiedad literaria u otra notificación de las copias del contenido.

MOTORES ELÉCTRICOS DE CC DE PALAS PARA LA MINERÍA

Contenidos Sección

Página

1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Fundamentos Básicos del Motor de CC para la Minería . . . . . . 3 3 Aplicaciones del Motor de Pala para la Minería . . . . . . . . . 15 4 Sistemas de Control del Motor de CC . . . . . . . . . . 25 5 Frenos de Movimiento . . . . . 29 6 Mantención Básica del Motor . . . . . . . . . . . . . . . 33 7 Motores Expuestos a Condiciones Nocivas . . . . . . . 47 8 Desmontaje e Instalación del Motor . . . . . . . . . . . . . . . 51 9 Opciones para Reparar y Reconstruir el Motor . . . . . . 53 Glosario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Definición de Peligro, Advertencia y Precaución En esta guía se utilizan los términos PELIGRO, ADVERTENCIA y PRECAUCIÓN (Refiérase especialmente a la Sección Cinco) para dar énfasis a las instrucciones de seguridad importantes y críticas. Para propósitos de esta guía, los términos Peligro, Advertencia y Precaución se definen como sigue:

PELIGRO Indica una situación inminentemente riesgosa la cual, sí no se evita, ocasionará la muerte o lesiones graves. Esta señal está condicionada a las situaciones más extremas.

ADVERTENCIA Indica una situación potencialmente riesgosa la cual, sí no se evita, podría ocasionar la muerte o lesiones graves.

PRECAUSIÓN Indica una situación potencialmente riesgosa la cual, sí no se evita, puede ocasionar lesiones leves o graves. La señal de Precaución se utiliza sin el símbolo de señal de alerta para riesgos que resulten solo en daños a la propiedad.

1 - Introducción

Datos Informativos Una moderna pala eléctrica para la explotación minera utiliza un número de motores eléctricos destinados a la activación de sus diferentes movimientos requeridos para la excavación, giro, vaciado y avance de la máquina (Figura 1). La operación confiable de estos motores es la clave para asegurar una alta disponibilidad del equipo y para alcanzar los objetivos de producción. El entendimiento de los fundamentos básicos de los motores de CC para la minería y los requerimien-

tos claves de su mantención, permitirá a los usuarios de la pala optimizar el funcionamiento de dichos motores y maximizar su vida útil. Esta guía entrega información clave al personal de la mina acerca de los motores eléctricos de CC y cómo lograr un máximo rendimiento de éstos. La información está diseñada para ayudar en la toma de decisiones, lo cual incrementará el rendimiento de la inversión en equipos mineros y, por último, reducirá el costo por tonelada del producto extraído.

Figura 1 Los motores eléctricos controlan los movimientos de avance, empuje, levante y giro en una pala eléctrica para la minería. Página 1

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Esta guía está dirigida al personal que trabaja en la dirección, adquisición, mantención y operación de la mina. Además, está dirigida a los estudiantes y cuerpo docente de Ingeniería en Minas y a cualquier persona con la necesidad o deseo de aprender más acerca de los motores de CC de las palas destinadas a la minería. Es uno de una serie de documentos desarrollados por P&H MinePro Services para ayudar al personal de la mina y a otros, a estar más informados acerca de los equipos de superficie para la minería y de sus prácticas. Como el único fabricante de equipos mineros que produce tanto componentes eléctricos como mecánicos para las palas eléctricas, P&H ocupa una posición única en la industria. Teniendo objetivos establecidos sobre el funcionamiento eléctrico y mecánico de la pala, los ingenieros de P&H se encuentran totalmente calificados para especificar las características del rendimiento eléctrico de los motores destinados a cada uno de los movimientos de trabajo. Cada característica está diseñada para entregar el rendimiento necesario, con el fin de hacer una contribución de calidad en la duración de los ciclos. Una vez que la pala ha sido diseñada, proyectada por ingeniería y construida de acuerdo a sus especificaciones, el rendimiento del tiempo de duración del ciclo es principalmente un tema de operación y mantención de la pala. El entendimiento básico de los motores que ponen en movimiento la pala, puede ayudar a lograr un rendimiento máximo y una mayor vida útil de los motores y de la pala en sí, con costos reducidos por períodos de paradas de la máquina.

Página 2

Visión General La Sección 2 de esta guía, “Principios Básicos del Motor de CC para la Minería”, entrega una base sólida de los principios fundamentales de la electricidad implícita en el diseño del motor de la pala. La sección está dividida en principios básicos y avanzados del motor eléctrico para facilitar a las personas la teoría de diseño del motor, independientemente de los niveles de experiencia técnica que éstas posean. Las secciones siguientes están focalizadas en los Sistemas de Control del Motor de CC, Frenos, Requisitos de Mantención Básica, Diagnóstico de Fallas, Condiciones de Operación Nocivas, Desmontaje e Instalación del Motor y Opciones de Reparación y Reconstrucción. Por favor note que la información presentada en esta guía es para propósitos de información y no para reemplazar los manuales de operación, mantención o servicio suministrados con el equipo. Consulte siempre las recomendaciones e instrucciones específicas contenidas en los manuales del fabricante.

2 - Fundamentos Básicos del Motor de CC para la Minería

Descripción Los motores CC en aplicaciones de palas para la minería usan los mismos componentes básicos encontrados en todos los motores CC (Figura 2). Estos componentes incluyen la armadura, el conmutador, las escobillas, las bobinas del campo y el bastidor del motor (Figura 3). Los motores CC tienen una capacidad nominal de hasta un máximo de 2100 caballos de fuerza a 600 voltios. Estos motores están diseñados con una velocidad base más baja de lo usual y con un componente par motor notablemente alto para los caballos de fuerza desarrollados. Esto es de fundamental importancia para el funcionamiento de los movimientos de trabajo de la pala. Una velocidad base más baja y un componente par motor más alto optimiza la inercia del sistema, lo cual a su vez produce una característica de respuesta dinámica más rápida y una capacidad de control de velocidad más suave.

minería una fuente de poder confiable para miles de horas en las condiciones de trabajo más severas. La operación y la mantención apropiada de estos motores asegurarán el logro de un rendimiento máximo durante toda la vida útil del motor.

Teoría Básica del Motor La teoría básica del motor presentada aquí está dedicada a aquellos con poco o nada de Ventilador Motor del ventilador Bastidor del motor

Para los caballos de fuerza desarrollados, estos motores contienen grandes cantidades de materiales activos en los núcleos de laminación del acero y cobre en las bobinas y el conmutador. Estos también se destacan por contar con conmutadores de gran diámetro y escobillas con densidad de corriente moderada, donde ambos contribuyen a un buen rendimiento de la conmutación sobre un amplio margen de cargas para el motor. El diseño único de estos motores y la construcción resistente de sus componentes entregan a las palas para la

Figura 2 Motor eléctrico de CC de la pala con ventilador. Página 3

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Conjunto de Portaescobillas y conmutador Bastidor del motor (incluye bobinas de interpolo y campo)

Portaescobillas Escobillas

Cojinetes

Tapa extrema Cojinete Eje de la armadura Conmutador

Tapa extrema Armadura

Figura 3 Componentes del motor de CC de la pala. Página 4

2 - Fundamentos Básicos del Motor de CC para la Minería

Este concepto relativo a la operación de los motores CC para la minería se indica en el esquemático de la Figura 4. Una fuente de tensión externa envía corriente por medio de escobillas y un conmutador a través de los segmentos de alambre AB y CD (bobinas de la armadura) en la dirección indicada. El campo magnético F (también llamado flujo o inducción magnética), desarrollado por la corriente que fluye a través de las bobinas del campo, crea luego una fuerza en los alambres de tal forma que girará el lazo (armadura) en el eje MN (eje del motor).

conocimiento respecto a los principios de motores CC y a modo de recordatorio para aquellos con experiencia previa en dichos motores. Aquellos con buen conocimiento de los fundamentos básicos del Motor CC deben continuar con el tema sobre teoría avanzada del motor en la pátina 6. La operación de los motores CC está basada en un descubrimiento clave hecho por Hans Christian Oersted en 1820. Oersted descubrió que cuando la corriente fluye a través de un alambre, se desarrolla una fuerza magnética alrededor de dicho alambre. La relevancia de esto en la operación de un motor eléctrico, es que cuando se ubica un alambre energizado con corriente eléctrica muy cerca de un campo electromagnético, el alambre energizado será ya sea atraído o repelido por la fuerza del campo magnético. La atracción o repulsión de éste alambre depende de la polaridad de los campos magnéticos del alambre y de los imanes del campo.

A medida que el lazo de alambre gira, las fuerzas que mueven el lazo comienzan a disminuir, y si no se invierte la corriente después que el lazo haya girado 180 grados, el lazo no continuará girando en la dirección indicada. Por esta razón el conmutador se divide para que la polaridad de los conductores que van hacia la bobina de la armadura se invierta a medida que la bobina gira.

Campo magnético “F” desarrollado en bobinas del campo

F

Flujo de corriente CC

B

Conmutador

Eje de la armadura N

A Bobina de la armadura C D

M Escobilla Figura 4 Diagrama esquemático el cual ilustra la teoría básica del motor. Página 5

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

En los motores CC para la minería, cada armadura está conformada por muchos lazos de alambre. Los lazos múltiples de alambre aseguran un movimiento suave y continuo de la armadura. Las bobinas del campo tienen múltiples hilos de alambre enrollados alrededor de un núcleo de fierro para proporcionar electroimanes resistentes. Las escobillas suministran corriente al conmutador, el que está conectado directamente a los devanados de la armadura.

Resumen de la Teoría del Motor de CC La información presentada en este tema, está dirigida a aquellas personas con vasta experiencia en los fundamentos de un Motor CC. Aunque esta información le ayudará a lograr un mejor entendimiento de los motores CC, no es un requisito previo para el balance del material presentado en esta guía.

N = Número de vueltas g = Entrehierro Figura 5 Un motor de CC está compuesto por un circuito magnético de hierro o acero, un número de devanados (N) y un entrehierro (g), el cual proporciona espacio para el movimiento de las partes giratorias del motor.

Descripción Un motor/generador CC está hecho de un circuito magnético de fierro o de acero y un entrehierro, como se indica en la Figura 5. El entrehierro provee un espacio para el movimiento entre la parte fija y la parte giratoria de la máquina. Se envuelve un conductor eléctrico, también llamado devanado o bobina, un número particular de veces alrededor de la parte de fierro del motor. Sí se aplica una tensión de corriente continua a través del devanado, la corriente fluirá a través de dicho devanado. De acuerdo a la ley de Ohm, la cantidad de corriente (i) está determinada por la tensión (e) y la resistencia (R) del devanado. La corriente imanta las partes de fierro y provoca que fluya un flujo magnético (Ø) a través de dichas partes y por el entrehierro. La cantidad de flujo producida es proporcional al número de vueltas (N) en el devanado multiplicada por la corriente (Figura 6). La relación entre el producto de N por i (amperesvueltas) no es lineal (Figura 7). A bajo nivel de

Página 6

Ohm’s Law: i =

e R

ØαNxi Figura 6 La ley de Ohm establece que la cantidad de corriente (i) es igual a la tensión (e) dividida por la resistencia del devanado (R). El flujo magnético producido (Ø) es proporcional al número de vueltas en el devanado (N) multiplicado por la corriente (i).

2 - Fundamentos Básicos del Motor de CC para la Minería

Curva de saturación del hierro

Región del entrehierro

Figura 7 A medida que se incrementan los niveles de flujo, las partes de hierro del motor se saturan, haciendo más difícil forzar un mayor flujo a través de ellas.

flujo, el flujo es proporcional al número de amperes-vueltas y la resistencia primaria es el entrehierro en el motor. A niveles de flujo más altos, las partes de fierro se saturan y se torna más difícil forzar más flujo a través de ellas.Cuando el fierro alcanza la saturación, se requiere aumentar de gran manera los amperes-vueltas para producir incluso un pequeño aumento en el flujo. La Figura 7 muestra una curva de saturación para un motor CC. Sí se establece la corriente y la circulación del flujo en un devanado y ocurre algo que provoca un cambio, ya sea en la corriente o en el flujo, se producirá una tensión en los terminales del devanado (Figura 8). La tensión es proporcional al número de amperes-vueltas multiplicada por la tasa de cambio del flujo (dØ/dt). Como se indica por el signo negativo, la tensión es producida de tal manera que se contrapone al cambio en el flujo. Otra forma para expresar esta ecuación es por medio del uso de la propiedad conocida como

e = – N dØ dt e = – L di dt Figura 8 Propiedad de la inductancia (L) - Se produce una tensión la cual es proporcional a la inductancia multiplicada por la tasa de cambio de la corriente (di/dt). El signo negativo indica que la tensión se opone al cambio en la corriente. “inductancia” (L). Se producirá una tensión que es proporcional a la inductancia multiplicada por la tasa de cambio de la corriente (di/dt). Como antes, el signo negativo indica que la tensión se opone al cambio en la corriente. En otras palabras, trata de mantener la corriente fluyendo en la misma dirección. Sí un conductor pasa por el flujo magnético en el entrehierro con una velocidad (v), produce una tensión en los extremos del conductor (Figura 9). Esta tensión se le conoce como EMF o fuerza electromotriz y es proporcional a la densidad del flujo (flujo por unidad de área) por el largo del conductor (l) en el entrehierro multiplicado por la velocidad en que se mueve a través del entrePágina 7

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Volts = EMF = B x l x v Figura 9 Voltage or Electromotive Force (EMF) produced is proportional to the flux density (B) multiplied by the length of the conductor multiplied by the velocity at which the flux moves through the air gap.

donde B = Densidad del flujo (Ø/área) l = Longitud del conductor v = Velocidad del conductor

hierro. La tensión aumenta con mayor densidad de flujo, mayor largo del conductor o mayor velocidad de movimiento.

requerida es igual a la densidad del flujo por la corriente en el conductor por el largo del conductor en el entrehierro.

Sí se completa un circuito para que la corriente pueda fluir a través de un conductor, requerirá una fuerza (F) para pasar el conductor a través del entrehierro (Figura 10). La cantidad de fuerza

Un aumento en la densidad del flujo, la corriente o en el largo del conductor aumentará la fuerza requerida para pasar el conductor a través del entrehierro. Como resultado se producirá una ten-

F=BxIxl donde B = Densidad del flujo (Ø/área) I = Corriente l = Longitud del conductor Página 8

l

Figura 10 Un aumento en la densidad del flujo (B), la corriente (I), o la longitud del conductor (l) aumentará la fuerza (F) requerida para forzar el conductor a través del entrehierro.

2 - Fundamentos Básicos del Motor de CC para la Minería

sión de salida (V) en un generador CC, la cual es proporcional a la densidad del flujo (B) por el largo (l) por la velocidad del conductor (v). V=Bxlxv El largo del conductor es una función del diseño de la máquina (motor o generador), y la velocidad está relacionada con las RPM del generador, la cual es constante. La tensión de salida de un generador CC es proporcional a la densidad del flujo, la cual está relacionada con la corriente de campo del generador multiplicada por la curva de saturación. Sin embargo, la tensión de salida de un generador CC se regula ajustando su corriente de campo.

Conmutación La conmutación es el proceso de inversión de la dirección del flujo de la corriente en los devanados de una armadura del motor CC. La conmutación es considerada como clave en el diseño y operación del motor.

Bastidor

Corriente de la armadura

Armadura

Polo Norte

Figura 11 A medida que la armadura pasa debajo de cada uno de los polos principales, la corriente en los conductores individuales invierte su dirección. La inversión de la corriente a través de las escobillas se denomina conmutación. Página 9

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Todas las máquinas de CC usan escobillas que transportan corriente para producir el par motor. La corriente es transferida hacia y desde el conmutador de giro de cobre de la armadura. Cuando las delgas del conmutador donde se conectan las bobinas de la armadura pasan bajo las escobillas, las bobinas son transferidas sucesivamente desde una pista de la armadura, en la cual la corriente fluye en una dirección, hacia una pista adyacente, donde la corriente fluye en dirección opuesta. Durante el tiempo en que las bobinas están en contacto con la escobilla, éstas son cortocircuitadas por la escobilla y la corriente se debe reducir desde su valor original a cero y luego se debe incrementar una vez más a un valor igual en la dirección opuesta. La Figura 11 muestra un ejemplo de una parte del motor CC indicando un polo principal Norte y uno Sur. A medida que la armadura pasa por debajo de cada polo principal, la corriente en los conductores individuales invierte la dirección desde el polo norte al polo sur. Este cambio en la corriente se expresa como ΔI, y éste ocurre durante un período de tiempo expresado como Δt. Una vez más, sí existe un cambio en la corriente de un devanado de la armadura, se produce una tensión (V) la cual es igual, menos la inductancia por la tasa de cambio en la corriente, di/dt. Esta puede ser representada como la inductancia multiplicada por ΔI dividida por Δt. Esta tensión es llamada “tensión de reactancia” y su polaridad es

tal que trata de mantener la corriente de la armadura fluyendo en la misma dirección, lo cual no se desea. La conmutación ideal o lineal está representada en la Figura 11. La inversión actual de la corriente variará levemente de la ideal. Para asistir en el proceso de inversión de la corriente, los motores CC incorporan un “polo de conmutación” o un “interpolo” el cual se instala entre los polos principales y produce un flujo que corta los conductores de la armadura (Figura 12). El flujo desde el interpolo produce una tensión la cual compensa aproximadamente la tensión de reactancia, permitiendo a la bobina invertir la corriente. Con la corriente en la bobina de la armadura variando la carga, es necesario obtener un cambio similar en el flujo o en la tensión desde la bobina del interpolo, con el fin de compensar el cambio en la tensión de reactancia. Con estas considera-

Figura 13 Flujo debido al campo principal i.

Bastidor

Flujo

Armadura Figura 12 Las máquinas de CC incorporan un polo de conmutación o "interpolo" entre los polos principales para ayudar en el proceso de inversión de la corriente. El flujo del interpolo corta los conductores de la armadura. Página 10

2 - Fundamentos Básicos del Motor de CC para la Minería

siempre proporcional a los amperes-vueltas.

Distribución de Flujo y Reacción de la Armadura Figura 14 Flujo debido al circuito conductor de la armadura.

Figura 15 Flujo neto debido a la corriente del campo principal y la armadura.

ciones en mente, se desea obtener una densidad de flujo producida por el polo de conmutación que sea proporcional a la corriente de la armadura. Esto se logra por medio de la conexión en serie de los devanados en el polo de conmutación con la armadura. El circuito magnético del polo de conmutación no debe saturarse para que el flujo sea

Como se muestra en la Figura 13, cuando se excita el campo principal existe una distribución uniforme del flujo debajo de los polos principales. Sí existe corriente en la armadura pero no excitación de los campos principales, la distribución del flujo es como se indica en la Figura 14. Y sí existen ambas corrientes en la excitación del campo principal y la armadura, los flujos se combinan, como lo ilustra la Figura 15. El flujo de la corriente en la armadura distorsiona el flujo del polo principal, provocando el aumento de la densidad del flujo en un extremo de cada polo. También distorsiona el flujo de manera que puede no ser cero en la línea central entre los polos principales. Este tiende a mantener la corriente de la armadura en la misma dirección, lo cual no se desea. Esta distorsión del flujo en el entrehierro es referida como “reacción de la armadura”. Para superar el efecto de la reacción de la armadura, se coloca un devanado adicional, llamado “devanado de cara polar” (Figura 16) en motores más grandes de CC. Este devanado está

Devanado de cara Polar

Figura 16 El devanado de cara polar cancela el efecto de reacción de la armadura, reduce el voltaje de barra a barra en las barras del conmutador y mejora las características del rendimiento de la máquina. Página 11

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Bastidor del motor Espacio trasero

Lainas

flujo es proporcional al número de amperesvueltas multiplicada por la corriente, y el número de vueltas y la corriente están determinados por el diseño y la carga de la máquina, se deberá entregar otro método para ajustar la cantidad de flujo. Esto se puede realizar al cambiar el entrehierro.

Existen dos entrehierros en el circuito magnético para los Flujo campos de conmutación (Figura 17), un espacio “frontal” y uno “trasero”. El espacio frontal se Espacio frontal encuentra entre el polo de conmutación y la armadura. Al Armadura aumentar el tamaño del espacio frontal se reduce la cantidad de flujo ØαNxl para amperes-vueltas dados en el Figura 17 El espacio frontal de los campos de condevanado del campo de conmutación y mutación se encuentra entre el polo de conmutación y la cambia la distribución del flujo sobre la armadura. El espacio trasero se encuentra entre la parte superficie de la armadura. Ya que se desea trasera del polo de conmutación y el bastidor del motor. una cierta cantidad de la distribución del flujo, es mejor evitar grandes cambios en el espacio frontal. compuesto de grandes conductores, los cuales se ubican en la cara de las piezas del polo principal, El espacio trasero, consistente de lainas magnétiy están conectados de tal forma que se oponen al flujo de la Bastidor corriente en los conductores de la armadura. Polo de conmutación

El devanado de cara polar cancela el efecto de reacción de la armadura, reduce la tensión de bar a bar en las barras del conmutador, mejora algunas características de salida de la máquina y mejora notablemente la estabilidad de la velocidad del motor CC. El devanado de cara polar está conectado en serie con la armadura. Para proporcionar una conmutación apropiada, se deberá ajustar o sintonizar la cantidad de flujo desde los campos de conmutación. Ya que la cantidad de Página 12

Segmentos del conmutador

Escobilla

Zona de conmutación Figura 18 En la posición apropiada, las escobillas harán contacto con los segmentos del conmutador conectados a las bobinas de la armadura que pasan a través de la zona de conmutación.

2 - Fundamentos Básicos del Motor de CC para la Minería

cas y no magnéticas (de aluminio o bronce), se encuentran entre la parte trasera del polo de conmutación y el bastidor del motor. La cantidad de flujo puede ajustarse al cambiar el número de lainas magnéticas y no magnéticas. El orden de las lainas es

importante, como también la cantidad de lainas magnéticas y no magnéticas. En máquinas más grandes, los motores y generadores CC también pueden ajustarse moviendo el anillo grande donde están conectados los brazos de las escobillas. En la posición apropiada, las escobillas harán contacto con las delgas del conmutador que están conectadas a las bobinas de la armadura que pasan a través de la zona de con-

l

l

Alambre

r Eje

Armadura B

Velocidad V = Bl V V α B x RPM Volts RPM α Volts α Campo B

Torque Fuerza α B x I x l Torque = Fuerza x Radio Torque α B x I

Figura 19 La densidad del flujo (B) entra en una armadura con una longitud de núcleo (l), y un conductor pasando a través de la armadura con un radio (r) desde la línea central. La densidad del flujo ingresa en el área de líneas cruzadas.

mutación donde se invierte la corriente de la armadura (Figura 18). Ya que la relación entre la posición de los conductores de la armadura y las delgas del conmutador varía levemente desde una armadura a la siguiente, es importante chequear la posición de la escobilla cuando se instala una nueva armadura. Página 13

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

A no ser que la posición de la escobilla y la cantidad de flujo desde los polos de conmutación sean las correctas, la corriente en los devanados de la armadura no se invertirá apropiadamente, resultando en la formación chispas en las escobillas, acortando su vida útil y deteriorando la superficie del conmutador. La posición de la escobilla y la resistencia del campo de conmutación se ajustan en fábrica por medio de un método, el cual requiere de equipos grandes y especializados que no son prácticos de usar en terreno. Es necesario contar con otros métodos de inspección en terreno para el ajuste de la máquina.

Velocidad y Par Motor Un motor CC opera bajo los mismos principios que un generador CC (Figura 19). Se produce una tensión que es proporcional a la densidad del flujo multiplicado por el largo y por la velocidad. Así

Página 14

mismo, la tensión es proporcional a la densidad del flujo (B) multiplicado por las RPM. Al exponer esta ecuación para determinar la RPM, vemos que la RPM es proporcional a la tensión aplicada al motor dividida por el flujo. Ya que la densidad del flujo está determinada por la corriente del campo, la RPM es proporcional a la tensión dividida por la corriente de campo. Por lo tanto, a medida que la tensión aplicada al motor aumenta, el motor rotará más rápido. Además, sí la corriente de campo del motor es alta, el motor es más lento y sí la corriente de campo del motor es baja, el motor es más rápido. En los equipos de excavación, los motores CC a menudo incorporan un ajuste de campo resistente y de campo débil. Esto permite al motor funcionar más rápido para una tensión dada en el ajuste de campo débil. Un ejemplo de esto es el movimiento de levante en una pala.

3 - Aplicaciones del Motor de Pala para la Minería Los motores de las palas eléctricas son principalmente empleados para cumplir con los requerimientos del ciclo de trabajo de la pala (Figura 20). El ciclo de trabajo está dividido en cuatro fases básicas. Estas fases incluyen: la excavación, el giro, el vaciado y el retorno. En cada ciclo de trabajo se utilizan tres movimientos de la máquina, empuje, levante y giro. Además, se utiliza el movimiento de avance para reposicionar la pala con relación al banco y para trasladarla a diferentes lugares dentro de la mina.

Figura 20 Un ciclo de trabajo de la pala consiste en la excavación, giro, vaciado y retorno al banco.

Ciclo de Trabajo La fase de excavación involucra empujar el balde dentro del banco, levantar para llenar el balde y recogerlo desde el banco. Es esencial mantener un equilibrio apropiado de las fuerzas de empuje y levante para una excavación eficiente y productiva. (Figura 21). La fase de giro comienza cuando el balde despeja el banco vertical y horizontalmente. Durante esta fase el operador controla la posición del balde con una trayectoria planificada del giro y de la altura de vaciado, como también del movimiento de giro, hasta posicionar el balde sobre el camión.

La fase de vaciado comienza antes que el balde cargado pase sobre el extremo del camión y termina cuando el movimiento de giro se detiene e invierte la dirección para regresar el balde al banco. Durante la fase de vaciado, el operador acciona la apertura de la compuerta del balde para vaciar la carga,

Figura 21 Fase de Excavación. Página 15

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

mientras controla la altura de vaciado para evitar dañar la tolva del camión, especialmente durante la primera carga. (Figura 20). La fase de retorno incluye girar la sobreestructura de vuelta al banco, bajar el balde para cerrar su compuerta y enganchar su pestillo. Durante todo el ciclo de excavación, los motores de la pala suministran potencia a los tres movimientos requeridos para extraer el material del banco, lo envían al camión y luego regresa a excavar. La regulación de la velocidad de cada movimiento depende en gran medida del operador, aunque las palas se encuentran a menudo equipadas con varios dispositivos de control de los motores para mejorar su funcionamiento.

Movimientos de la Pala El movimiento de empuje proporciona la fuerza de empuje necesaria para forzar el balde dentro del banco y bajo suficiente material como para

lograr el uso efectivo de la tracción disponible del aro (potencia de levante) para llenar el balde. Los factores adecuados de llenado dependen de la penetración adecuada en el banco, pero una penetración excesiva ocasionará que la velocidad del levante disminuya o se trabe. El movimiento de empuje es activado por el motor de empuje montado en la pluma. (Figura 22). El movimiento de levante es la tensión aplicada a los cables de levante para tirar el balde a través del banco. El operador de la pala debe mantener un equilibrio apropiado de las fuerzas de empuje y levante. La aplicación excesiva de la fuerza de empuje con relación a la fuerza de levante, puede resultar en el levantamiento de la pluma, por lo que ésta retrocederá y se soltarán sus suspensores de apoyo provocando su caída. La caída de la pluma, la cual es absorbida por el sistema de soporte, puede ocasionar un enorme esfuerzo. El movimiento de levante es activado por los motores montados en la cubierta de la máquina (Figura 22). Motores de giro

Freno de giro Motor de giro

Freno de empuje

Motor de empuje

Freno de levante

Motores de levante Ventilador Ventilador de levante de levante

Figura 22 Motores y frenos montados en la sobreestructura y en la pluma de una pala eléctrica para la minería. Página 16

3 - Aplicaciones del Motor de Pala para la Minería

El movimiento de Ventilador Giro involucra girar la sobreestructura de la pala hasta que el Freno balde se encuentre sobre el camión. El operador debe acelerar suavemente hasta la primera mitad Motor de del arco de giro, avance izquierdo marchar por inercia y luego desacelerar hasta parar suaveCable mente en la segunda móvil mitad. El peso del Freno material en el balde, Ventilador afecta tanto la estabilTransmisión de idad de la pala como avance derecha la tasa de aceleración Figura 23 Motores y frenos de avance. y desaceleración. El movimiento de giro está activado por los Régimen de motores de giro montados en las transmisiones de giro (Figura 22).

Motor de avance derecho

Trabajo

de la Pala

El movimiento de avance se usa para reubicar la pala con el fin de mantener una posición de excavación apropiada respecto al banco y para cambiarla de ubicación dentro del rajo. Al igual que los movimientos de empuje, levante y giro, los motores del avance operan en marcha directa y reversa. Los avances cortos intermitentes y el avance largo continuo hacia diferentes sitios, requieren un esfuerzo de tracción. El criterio usado en el diseño del motor de avance para la cantidad de esfuerzo de tracción requerida, incluye: • Peso de la pala • Material del suelo del rajo • Tamaño de las zapatas de orugas • Velocidad máxima de traslado • Grado El movimiento de avance es activado por los motores de avance montados sobre el bastidor del motor (Figura 23).

La velocidad y el torque del motor están continuamente cambiando, como respuesta al cambio en las demandas de carga y a los movimientos durante el ciclo de excavación. La Figura 24 entrega un ejemplo sobre la respuesta de la velocidad y el torque de los motores de movimientos en un ciclo de excavación ideal. Los requisitos para el motor se establecen con el fin de proveer una respuesta coordinada de cada movimiento, con el fin de obtener un ciclo de excavación más productivo. Los motores de pala están diseñados y fabricados para cumplir con las demandas de velocidad y esfuerzo de cada movimiento en el ciclo de excavación. Además, están diseñados para operar en las condiciones severas de un ambiente minero. Algunos fabricantes seleccionan, de un número limitado, cierto tipo de motores para molinos comercialmente disponibles, cuyas características de rendimiento alcanzan un promedio que los hace útiles para una amplia gama de aplicaciones, tales como chancadores, correas transportadoras, Página 17

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

fuerza efectiva de excavación es el resultado de las fuerzas de levante y empuje (Figura 25).

Velocidad del motor (rpm)

Velocidad de levante Velocidad de empuje Velocidad de giro

Tiempo

El motor de levante está diseñado para cumplir con los requisitos de rendimiento del levante. La Figura 26 representa un ejemplo de la capacidad de tracción y velocidad para levantar el aro. La Figura 27 indica el funcionamiento de la velocidad y el torque del motor de levante para cumplir con los requisitos de tracción y velocidad del aro.

e levante

Figura 24 En un ciclo ideal de excavación, los movimientos de levante, empuje y giro se coordinan perfectamente, como lo indican las curvas. El cambio constante de las cargas y los movimientos de la máquina producen una respuesta inferior a la ideal.

ava

ció

n

Fuerzda d

como también equipos de excavación. El rendimiento mejorado de la pala puede optimizarse por medio del diseño de un motor con rendimiento óptimo, para cumplir con los requirimientos específicos de la pala.

Funcionamiento del Motor de Levante El movimiento de levante se produce cuando los motores giran el tambor por medio de la transmisión, para subir los cables de levante y jalar el balde hacia el banco. El tipo y el peso del material extraído afectan tanto el movimiento de levante como el de giro. El tamaño, la configuración del balde y la densidad del material extraído determinan la fuerza de levante, o la tracción del aro necesarias para cumplir con los requisitos de excavación. Los tiempos del ciclo y la coordinación de los movimientos de empuje y giro determinan la tracción y la velocidad requeridas para el aro. La Página 18

Fu

Fu

erz

ad

Figura 25 Fuerzas de excavación de la pala eléctrica para la minería. 700

Tracción del Aro en Libras

Requisitos para el Funcionamiento del Motor de Pala

erz

da

de

exc

Retardo por camión

Ciclo De Trabajo Ideal Enclavamien Empuje hacia Excavación Giro hacia to de empuje el suelo de levante el camión

600 500 400 300 200 100 0 0

100

200

300

400

Velocidad del Aro (Pie por Minuto)

Figura 26 Funcionamiento del levante

ee

mp

uje

3 - Aplicaciones del Motor de Pala para la Minería

Velocidad (RPM)

1200 1000 800 600 400 200 0 0

5000

10000

15000

20000

25000

Torque (Pie-Libras)

Figure 27 Velocidad versus torque de levante El motor de levante está diseñado y dimensionado para manejar las cargas y las condiciones de operación, basados en cómo se utiliza efectivamente el motor respecto al régimen de trabajo. El funcionamiento efectivo del levante depende de la experiencia, habilidad y consistencia del operador. Otros factores de diseño que deben ser considerados en la clasificación del tamaño y diseño del motor de levante incluyen: • Continuidad de la excavación en el banco después de llenar el balde. • Levantamiento y bajada excesiva realizada por el operador, resultando en una corriente de aceleración y desaceleración más elevada.

• Condiciones extremas de excavación, tales como material tipo arena altamente resistente, o material rocoso irrompible debido a una voladura inadecuada. • Suspensión excesiva con balde lleno mientras se espera por el camión. • Sobre-extensión del mango del balde, resultando en la tracción reducida del aro y corrientes de levante más elevadas. • Metodología de la secuencia de excavación. La Figura 28 representa un registro efectivo de la velocidad y del torque del movimiento de levante (medido por la corriente de la armadura) durante un ciclo completo de excavación. El registro indica un perfil muy diferente de la velocidad y del torque, al compararlo con un ciclo ideal (Figura 24). Se evalúa el promedio o el nivel de corriente de RMS del los ciclos efectivos de excavación del levante, para determinar el tamaño del motor y su habilidad para disipar el calor generado por estas cargas.

Funcionamiento del Motor de Empuje El motor de empuje opera en dos direcciones: directo hacia el banco (empuje) y en reversa desde

Velocidad y torque del movimiento de levante (Corriente de la Armadura) De camión a la posición de enclavamiento

Enclavamiento al piso

Excavación

Giro hacia el camión

Apertura del balde

Velocidad Torque (amps.)

Figura 28 Registro de un ciclo del movimiento de levante. Página 19

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

La geometría de los labios y los baldes más anchos están diseñados para entrar cortando hacia los bancos, en lugar de avanzar con gran esfuerzo a través de éstos. El movimiento de empuje se utiliza para controlar la profundidad del corte. Este movimiento no debe usarse para penetrar profundamente con el fin de intentar levantar todo el banco. Se deberá ajustar la profundidad de penetración para permitir factores óptimos de llenado (Figura 29). No se puede alcanzar factores adecuados de llenado sin una penetración adecuada, no obstante, una penetración excesiva provocará que el motor de levante funcione más lento o se trabe. Un buen operador monitoreará el Flujo de equilibrio de las fuerzas material de empuje y levante, para

Compactación de material

Factores de llenado óptimos

mantener el balde moviéndose en la potencia mediata máxima. Sí el balde se traba en el banco, los ciclos de tiempo aumentarán. Las tecnologías tales como el OptiDig™ de P&H, están diseñadas para impedir el trabamiento por medio de la detección de una condición inminente del trabamiento y el ajuste automático de la posición del empuje. Para proveer la respuesta necesaria del empuje y del recoge, el motor de empuje genera la fuerza y la velocidad de empuje (fpm (pie por minuto) del mango del balde). La Figura 30 indica el funcionamiento del empuje (dirección positiva) y recoge (dirección negativa) para cumplir con los requirimientos de la pala. El motor de empuje está diseñado con un perfil de velocidad y torque específicos para cumplir con los requisitos de rendimiento del empuje. La Figura 31 es un ejemplo de los requisitos de velocidad y torque para un motor de empuje y representa los límites dentro de los cuales operará el motor. El sistema de control regula la tensión y la corriente de la armadura y la corriente del campo para mantener el rendimiento de la velocidad y del torque del motor dentro de estos límites. Basados en cómo se usan en realidad estos motores en el régimen de trabajo, el motor de empuje está 280 240 200

Esfuerzo, K#

el banco (recoge). El movimiento directo requiere suficiente resistencia (torque y velocidad) para empujar el balde hacia el banco y empujar sus dientes bajo suficiente material, con el fin de hacer uso efectivo de la tracción disponible del aro proveniente del movimiento de levante. Los movimientos de empuje y recoge se usan también para mover el balde a la posición de enclavamiento, al inicio de la fase de excavación del ciclo de trabajo y para ubicar el balde sobre el camión para vaciar el material. El uso excesivo del movimiento de empuje resultará en la aceleración y desaceleración continua a niveles máximos de corriente y el constante ajuste del empuje puede conducir a la sobrecarga del motor de empuje.

160 120 80 40 0

-200

-160

-120

-80

-40

0

40

80

120

160

Velocidad (Pie por Minuto)

Profundidad de corte Figura 29 Profundidad de corte y factores de llenado óptimos. Página 20

Figura 30 El esfuerzo de empuje permanece constante a medida que la velocidad cambia a través del movimiento de empuje (indicado por los números positivos), como también durante el movimiento de recoge (indicado por los números negativos).

200

RPM de Empuje

3 - Aplicaciones del Motor de Pala para la Minería

Torque EMPUJE

RECOGE

Figura 31 El motor de empuje está diseñado con un perfil específico de velocidad y torque para cumplir con los requisitos de fuerza del empuje y recoge de la pala. dimensionado con el fin de manejar las cargas de operación y las condiciones de excavación. El régimen de trabajo ideal es aquel que puede lograrse por medio de la coordinación precisa de todos los movimientos. La operación actual del empuje consiste a menudo de movimientos adicionales del empuje y de cargas más elevadas, debido a la consistencia y a la experiencia menos que perfecta de parte del operador. La Figura 32 muestra un ejemplo de un registro actual del ciclo completo de excavación de la De camión a posición de enclavamiento

De camión a suelo

Excavación

velocidad del movimiento del empuje y la corriente de la armadura. La corriente de la armadura (amps.) representa la cantidad de torque generada por el motor de empuje. El registro indica un perfil muy diferente de la velocidad y del torque comparado con un ciclo ideal. El aumento en los movimientos de empuje provoca corrientes más elevadas de la armadura, debido a la aceleración y desaceleración. Se evalúa el promedio o el nivel de corriente RMS de los ciclos reales de excavación del empuje, para determinar el tamaño y la capacidad del motor de empuje para disipar el calor generador por estas cargas.

Funcionamiento del Motor de Giro El movimiento de giro involucra la rotación de la totalidad de la sobreestructura hasta que el balde se ubica sobre el camión. El peso del material en el balde afecta la estabilidad de la máquina, como también la tasa de aceleración y desaceleración del giro. El movimiento de giro comienza cuando el balde abandona horizontal y verticalmente el banco. La aceleración debe ser suave en la primera mitad del arco de giro y luego se inicia la desaceleración (Figura 33). La aceleración y la desaceleración son proporcionales al movimiento controlador del giro.

Hacia el camión y apertura de balde Velocidad Torque (amps.)

Figura 32 Registro de la velocidad del movimiento de empuje y la corriente de la armadura.

El tamaño del balde, la inercia de la pala, el tonelaje del material, el tiempo de ciclo deseado y la coordinación de los movimientos de levante y empuje determinan los requisitos para la fuerza y la velocidad de rotación del motor de giro. La Figura 34 representa un ejemplo de la fuerza del giro requerida para el torque y la velocidad rotacional de la pala. El rendimiento de la velocidad y el torque del Página 21

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Acelerac

a

v ca

Ex

ión suav

e

Torque de giro

n ció

Marcha p

or inercia Des

acel

erac

ión

Velocidad de Pala

Figura 34 A medida que la velocidad del motor de giro aumenta, el torque del giro permanece constante. 1200

Figura 33 El peso en el balde afecta la estabilidad de la pala al igual que la tasa de aceleración y desaceleración.

Velocidad (RPM)

Vaciado

1000 800 600 400 200 0 0

motor de giro está diseñado para cumplir con estos requirimientos. La Figura 35 representa un ejemplo de los límites de operación de la velocidad y del torque del motor de giro.

1000

2000

4000

Torque

Figura 35 A medida que el torque del motor de giro aumenta, la velocidad del giro permanece constante.

Comparado con el régimen ideal de trabajo de la excavación, el funDesde el camión al inicio Hacia el camión y cionamiento real del giro Excavación de la excavación apertura de balde es muy similar. Es muy probable que los operadores no usen toda la capacidad de giro debido al uso ineficiente de los movimientos de empuje y levante. El tamaño del balde, la velocidad global de la pala y la posición del camión pueden también limitar el uso del movimiento de giro de parte del operador. La Figura 36 muestra el registro de un ciclo típico de giro. Los Figura 36 Ciclos de giro típicos desde y hacia el camión. Página 22

3000

Velocidad Torque (amps.)

3 - Aplicaciones del Motor de Pala para la Minería

Funcionamiento del Motor de Avance El movimiento de avance es usado para reubicar la pala con el fin de mantener una posición apropiada de excavación y para cambiarla de posiciones en el rajo. El avance requiere de una cierta cantidad de esfuerzo de tracción, basados en el siguiente criterio: • • • • •

Peso de la pala Material del suelo del rajo Tamaño de las zapatas de la oruga Velocidad máxima de traslado Grado

Fuerza de tracción, K#

Velocidad (MPH)

0

10

20

30

40

50

% Grado Velocidad

1000 800 600 400 200 0

0

2000

4000

6000

8000

10000

Torque

Figura 38 La velocidad máxima de la pala se logra en un punto relativamente bajo en la curva de torque. El torque continúa aumentando para producir el esfuerzo de tracción requerido para propulsar la pala.

Los motores de avance están diseñados para proveer la velocidad y el torque para producir el esfuerzo de tracción requerido para mover la pala. La Figura 37 muestra un ejemplo del esfuerzo de tracción y la velocidad de la pala en varios grados. El diseño del funcionamiento de la velocidad versus el torque del motor de avance, cumple con los requerimientos de avance como se indica en la Figura 38.

-10

Velocidad (RPM)

1200

dos gráficos representan la velocidad y la corriente (torque) del motor de giro después de iniciar la apertura del balde.

Esfuerzo

Figura 37 A medida que el grado aumenta, se requiere mayor esfuerzo para propulsar la pala.

Enfriamiento del Motor Las pesadas cargas y las tasas de aceleración y desaceleración rápidas generan una enorme cantidad de calor en los motores de la pala. El calentamiento excesivo puede ocasionar un daño térmico a los materiales aislantes. El control del aumento de la temperatura requiere poner mucha atención a la ventilación del motor. Los motores del movimiento de la pala incorporan un ventilador tipo centrífugo montado directamente a la caja del motor. La Figura 39 muestra la disposición de un montaje típico. Como se indica en la Figura 40, típicamente el ventilador deriva el aire a través de la entrada del ventilador y envía aire de enfriamiento directamente al motor. El aire fluye a través del motor sobre las bobinas y sale por la parte inferior, o el extremo del motor opuesto al ventilador. La construcción interna del motor está diseñada para proveer los pasos del flujo de aire sobre y a través del conmutador y la armadura. La construcción de la bobina del interpolo y del polo principal también proporcionan áreas con gran superficie para que el flujo del aire de enfriamiento elimine eficientemente el calor. Página 23

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

El volumen del aire requerido para los motores de las palas pueden abarcar de 2,500 a 7,800 cfm (70.8 a 220.7 m3/min.), dependiendo del tamaño, aplicación y cantidad de calor generada por el motor. Los motores usados para operar los ventiladores generalmente varían de 4 a 20 caballos de fuerza (2.98 a 14.91 kW).

Unidad del ventilador

Figura 39 Motor típico de levante con ventilador tipo centrífugo. Entrada de aire Motor

Escape del aire

Figura 40 Flujo típico de aire de enfriamiento en un motor de pala. Página 24

Escape del aire

4 - Sistemas de Control del Motor de CC

Bases del Sistema de Control Para poder utilizar motores eléctricos de CC en las palas para la minería, la corriente alterna entrante de alta tensión del rajo debe convertirse en corriente continua. Previo al desarrollo de la tecnología de conversión del estado sólido, esta tarea era realizada por los grupos motor/ generador tipo rotatorio de CA a CC.

Cabina auxiliar

Cabina de alta tensión

Cuando las palas se transformaron en máquinas más grandes y más pesadas, los motores requirieron tiempos más rápidos de respuesta dinámica transitoria para poder manejar las exigencias nuevas de velocidad y torque, debido a las capacidades incrementadas de la carga y las demandas de potencia. Esto se logró con un nuevo tipo de diseño del motor, basado en el desarrollo del tiristor, el cual reemplazó a los grupos motor-generador por varias cabinas eléctricas. (Figura 41).

Transformador principal

Transformador auxiliar Cabina de RPC

Cabina de control

Cabina del convertidor Anillos colectores de baja y alta tensión Figura 41 Cabinas del sistema digital del drive de Electrotorque® Plus de P&H. Página 25

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Control del Motor de CC Electrotorque ® Plus de P&H El drive de Electrotorque Plus de P&H para CC (Figura 42) se refiere a un sistema de control electrónico del estado sólido del motor, el cual usa tiristores para convertir la CA en CC. Los tiristores, o rectificadores de silicio controlado (SCR), son interruptores electrónicos usados para controlar grandes cantidades de corriente eléctrica para ser transformadas en trabajo mecánico utilizable. Estos realizan este trabajo con más de un 99% de eficiencia. Un tiristor permite a la corriente fluir hacia delante, mientras bloquea el flujo en la dirección inversa. El sistema del drive de Electrotorque de P&H comienza con el suministro de energía alterna en la pala a través del voltaje del cable de ali-

mentación de la mina. Termina con el suministro controlado de la energía de operación de CC a la armadura y a los campos de los motores de transmisión del movimiento de CC. El sistema de control del movimiento regula la cantidad de energía alterna convertida en directa, basado en los comandos del operador al aplicar electrónicamente la fase de control a la onda sinusoidal del voltaje de CA (Figura 43). Esto resulta en la capacidad regulable del voltaje de la energía de CC. Todas las necesidades de alimentación del convertidor, se logran por medio de un tiristor “estándar” dispuesto en una configuración única; el acoplamiento altamente efectivo de doble dirección o antiparalelo de circuitos puentes bifásico, trifásico, de seis tiristores.

Convertidor de la armadura

Transformador principal C.T.

Voltaje del cable móvil

Armadura del motor

Campo del motor Transformador auxiliar

Tablero F.B. Convertidor del campo

RPC

IaFB Controlador del operador

Módulo de control del drive de la armadura

VaFB

Módulo de control del drive del campo

C.T.

Voltaje del Cable móvil

IfFB

Control de supervisión Comunicaciones del drive

Figura 42 Diagrama de bloque del sistema digital de CC del drive de Electrotorque de P&H. El sistema permite el control de estado sólido, incluyendo la inversión de los motores. Página 26

4 - Sistemas de Control del Motor de CC

Drive Electrotorque Plus de P&H

Figura 43 El sistema digital del drive de Electrotorque Plus de P&H reduce el tiempo del ciclo de la pala, los problemas de instalaciones eléctricas asociados con los sistemas análogos del drive del motor.

Tiristores

Tiristores

Figura 44 Las cabinas del convertidor alojan tiristores usados para convertir la energía de CA a CC. El sistema de Electrotorque de P&H retorna 10% a 15% de la energía eléctrica original, a través de la regeneración hacia la red de distribución de la mina, con el mismo patrón de suministro de CA trifásico. Página 27

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Los tiristores estándares son conmutados en línea (o naturalmente) de uno al otro por la inversión de la polaridad de la onda sinusoidal de la tensión de CA, una en cada ciclo de la fuente de la mina. La conmutación lineal natural no requiere de elementos para forzar la conmutación, lo cual sólo agregaría complejidad y pérdidas eléctricas al circuito. Este circuito puente simple, es el circuito funcional base de los convertidores del drive de Electrotorque de CC de P&H.

Página 28

El convertidor tiene una capacidad inherente para aplicar frenos generativos a los movimientos de trabajo. El freno es controlado automática y electrónicamente desde el centro de control del convertidor (Figura 44). Cuando un motor de CC está en su modo regenerativo, la corriente, regenerada a partir de la energía cinética almacenada en la carga de acondicionamiento mecánico, es invertida a CA e introducida de vuelta en la red de distribución de la mina con el mismo patrón del

5 - Frenos del Movimiento

Los frenos de disco con juego de resortes liberados neumáticamente (Figura 45) son el tipo estándar usado en las palas eléctricas para la minería de hoy en día. También se ofrecen como paquetes de perfeccionamiento del rendimiento con el fin de mejorar los sistemas de frenos usados en las palas eléctricas antiguas para la explotación minera, debido a las ventajas que presentan los frenos tipo zapata y en V. Comparados con los frenos tipo zapata y en V, los frenos de disco: • Proporcionan una respuesta más rápida y un mayor torque de freno. • Requieren menor presión y volumen de aire.

• Requieren menor mantención y un mínimo de reparación de partes. Los frenos de disco están diseñados para ser usados como frenos de estacionamiento o retención en los diferentes movimientos de la pala. Estos son trabados y liberados por medio de la presión de aire. Los frenos de disco son considerados como frenos estáticos comparados con los frenos dinámicos, los cuales están diseñados para detener un componente en movimiento, o un movimiento. Mientras estos son capaces de parar un movimiento del sistema en una condición dinámica o en movimiento, el uso repetitivo de este modo conducirá al desgaste prematuro y/o

Caja del freno Machón del freno

Lainas divididas O-ring exterior

Rotores del freno

Sello guardapolvo

Anillo de desgaste

Resortes del freno

Pistón del freno

Placa central

Cilindro del freno Placa de presión Anillo interior del freno Figura 45 Los frenos de disco con juego de resortes, liberados neumáticamente son el tipo estándar usados en los equipos para la minería. Página 29

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

alisamiento de los componentes del freno de disco.

gaste prematuro del freno. Determine y repare la causa de las paradas automáticas de la máquina para impedir el desgaste prematuro de los frenos de levante.

Frenos de Levante Los frenos de levante (Figura 46) están montados en el conjunto del eje impulsor de la caja de engranaje del levante. Cuando la pala está estacionada y con el balde en el suelo, los frenos

La liberación manual de los frenos de levante puede ocasionar el movimiento inesperado de los componentes del levante y del empuje, resultando en lesiones graves, la muerte o daños al equipo. Antes de liberar manualmente el freno de levante, asegúrese que todo el personal y los equipos estén fuera del alcance del tambor y los cables de levante, del balde, del aro y del mango del balde.

Freno de Empuje El freno de empuje (Figura 47) está montado sobre el conjunto del eje impulsor de la caja de engranajes del empuje. El freno de empuje, en conjunto con el freno de levante, permite al operador suspender el balde cargado mientras espera la llegada del siguiente camión. Mientras el sistema de levante Figura 46 Instalación del freno de levante. impiden que los cables de levante se enrollen en el tambor de levante. También permiten al operador dejar en suspensión el balde cargado mientras espera la llegada del siguiente camión. Los frenos de levante se activan automáticamente en caso de pérdida de la energía eléctrica o de la presión de aire, por lo que se debe detener el movimiento del balde hasta restaurar la potencia y la referencia del controlador. Aunque a veces es necesaria la habilidad para capturar el balde en un recorrido descendente, la repetida aplicación automática de los frenos bajo condiciones de carga, conducirá al desFigura 47 Instalación del freno de empuje. Página 30

5 - Frenos del Movimiento

controla el movimiento vertical del balde y del mango del balde, el sistema de empuje controla los movimientos de empuje y recoge del mango del balde. El freno del empuje se aplica automáticamente en caso de pérdida de la energía eléctrica o la presión de aire, por esto se debe impedir el movimiento del mango del balde hasta restaurar la potencia y la referencia del controlador de joystick. Aunque la habilidad para capturar un balde en recorrido es a veces necesaria, la repetida aplicación automática de los frenos bajo condiciones de carga conducirá al desgaste prematuro del freno. Determine y repare la causa de las paradas automáticas de la máquina para impedir el desgaste prematuro de los frenos de empuje.

La liberación del freno de empuje puede ocasionar el movimiento inesperado del mango del balde y resultar en lesiones graves, la muerte o daños al equipo. Antes de liberar el freno del empuje, asegúrese que todo el personal y los equipos estén fuera del alcance de la pluma, del balde y del mango del balde.

de la máquina hasta restaurar la potencia y la referencia del controlador. Aunque a veces la habilidad para controlar el movimiento de rotación es necesaria, la repetida aplicación automática de los frenos bajo condiciones de carga conducirá al desgaste prematuro del freno. Determine y repare la causa de las paradas automáticas de la máquina para impedir el desgaste prematuro de los frenos de giro.

La liberación manual de los frenos de giro puede ocasionar movimientos imprevistos de la sobreestructura y resultar en lesiones graves, la muerte o daños al equipo. Antes de liberar los frenos de giro, asegúrese que todo el personal y los equipos estén fuera del área.

Freno de giro

Frenos de Giro Los frenos de giro (Figura 48) impiden el movimiento de rotación de la estructura superior de la pala en una condición de parada. Estos se aplican automáticamente en caso de pérdida de la energía eléctrica o de la presión de aire, por lo que se deberá controlar el movimiento de rotación de la sobreestructura Figura 48 Instalación del freno de giro. Página 31

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Frenos de Avance El movimiento de avance está controlado por la referencia del controlador del avance y por un freno de disco (Figura 49) montado en el eje de la armadura de cada motor de avance. Los frenos del avance impiden el movimiento hacia atrás y hacia delante de la máquina al excavar, debido a las fuerzas de excavación de los movimientos de empuje/recoge y levante. Además, los frenos del avance impiden el movimiento de la máquina cuando está en el modo de parada. Los frenos del avance son automáticamente aplicados en caso de pérdida de energía, por lo que se debe controlar el movimiento de la máquina hasta restaurar la potencia y la referencia del controlador del avance.

Figura 49 Instalación del freno de avance.

Página 32

La liberación manual de los frenos de avance puede ocasionar el movimiento inesperado de la pala y resultar en lesiones graves, la muerte o daños al equipo. Antes de liberar los frenos de avance, asegúrese que todo el personal y los equipos estén fuera del área.

6 - Mantención Básica del Motor

La mantención del motor en base a un programa regular es esencial para lograr el rendimiento máximo de la pala. Las prácticas apropiadas de mantención proporcionarán un buen funcionamiento eléctrico y una larga vida útil al motor. Las siguientes seis condiciones son claves para lograr un máximo rendimiento eléctrico.

dor es el factor más importante para una buena mantención del motor. El desgaste daña la superficie del conmutador y puede ser ocasionado por la contaminación, escobillas excesivamente abrasivas, captación de cobre en las caras de la escobilla, chisporroteo severo y quemadura en la superficie del conmutador.

Pérdida Mínima Eléctrica y Mecánica

Elementos de Máximo Rendimiento Eléctrico Operación Libre de Chispas El chisporroteo excesivo de las escobillas puede ser ocasionado por un número de factores, incluyendo serias sobrecargas, defectos mecánicos en la pala o el motor, vibración, condiciones atmosféricas, uso erróneo del tipo de escobillas y ajustes inapropiados del motor. El chisporroteo excesivo es a menudo el primer signo que algo anda mal y necesita atención.

Superficie del Conmutador Suave y Uniforme La condición de la superficie del conmutador es crítica para conservar totalmente la pala en buen estado y funcionamiento. La película de la superficie debe exhibir un pulimento suave y uniforme para proporcionar el buen funcionamiento de la escobilla y de la operación de la máquina. Cuando la superficie presenta un cambio en su apariencia, puede ser necesario recuperar las condiciones originales de la superficie. Algunas condiciones de la superficie no son causa de preocupación, mientras que otras pueden requerir una atención inmediata.

Desgaste Mínimo del Conmutador La prevención del desgaste excesivo del conmuta-

Las pérdidas de energía son un factor de vida en cualquier equipo, debido a que ninguna máquina es 100% eficiente. La fricción de las escobillas es la causa principal de las pérdidas de energía en los motores eléctricos de las palas. Otras causas incluyen la resistencia de la película de la superficie del conmutador y el calentamiento excesivo localizado. La selección y la mantención apropiada de la escobilla ayudarán a asegurar un rendimiento máximo y a minimizar dichas pérdidas.

Operación Silenciosa Un motor silencioso indica un buen contacto entre el conmutador y las escobillas. La crepitación o el ruido pueden indicar condiciones que pueden degradar la eficiencia y el rendimiento, incluyendo puntos rebajados o quemados en las barras del conmutador, barras altas, tensión o ángulo incorrecto de la escobilla y película muy densa de la superficie. Cualquiera de estas condiciones requiere de corrección ya que pueden conducir al daño del motor y de la pala misma.

Adecuada Vida Útil de la Escobilla Una adecuada vida útil de las escobillas generalmente indica condiciones de operación adecuadas de la máquina, pero la extensión del servicio en las escobillas depende de una variedad de factores, a los cuales no se debe poner demasiado énfasis como un indicador del funcionamiento del Página 33

GUÍA DE DIAGNÓSTICO DE FALLAS DEL CONMUTADOR Y LA ESCOBILLA

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

M L K J I H G F E D C B A

Endentado y estriamiento del conmutador o anillo colector Desgaste excesivo del conmutador - superficie ennegrecida Arrastre de cobre Desgaste excesivo del conmutador o anillo colector - superficie brillosa Desgaste disparejo de la escobilla Desgaste rápido de la escobilla - mientras la conmutación es buena Escobillas o resortes flexibles, quemados o descoloridos Escobillas o portaescobillas demasiado calientes Conmutador - anillo colector demasiado caliente Chisporroteo severo Chisporroteo menor de escobillas Chisporroteo en el borde de entrada Chisporroteo en el borde guía A B C D E F G H I

Causa Probable del Problema 1 2 3 4 5 6 7 8

30 31

El campo del interpolo es muy resistente El campo del interpolo es demasiado débil El entrehierro del interpolo es demasiado pequeño El entrehierro del interpolo es demasiado grande Los entrehierros son desiguales, el cojinete puede estar desgastado Hubo una sobrecarga de la máquina Hay vibración proveniente de una fuente externa Hay una vibración proveniente de una fuente interna, puede ser debido a la descompensación o alineamiento pobre Posible cuasi desgaste electrolítico del anillo colector Puede haber aceite o tierra en el conmutador o el anillo colector La resistencia entre las escobillas y el brazo de la escobilla no es uniforme Puede haber granos abrasivos en la cara de contacto de la escobilla Posibles fallas en las conexiones de los devanados de la armadura o del ecualizador Mica extendida El conmutador o el anillo colector es excéntrico Las conexiones verticales del conmutador están circuitadas a apertura Hay secciones altas y bajas del conmutador El conmutador está suelto Hay puntos rebajados en el conmutador o anillo colector La presión del anillo es muy baja La presión del anillo es muy alta La presión del anillo es desigual El grado de la escobilla es inapropiado para la máquina y el régimen de trabajo El arco de contacto de la escobilla es excesivo El arco de contacto de la escobilla es insuficiente La conexión flexible de la escobilla está fallada La conexión flexible de la escobilla es demasiado corta o rígida Hay un asentamiento imperfecto de la escobilla Los portaescobillas radiales están montados con un ángulo de contrafuerza pequeño El soporte tipo contrafuerza está colgando La escobilla está pegada o floja en el portaescobillas

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Las conexiones terminales están sueltas o sucias El portaescobillas está montado demasiado lejos del conmutador o anillo colector La escobilla está en la posición incorrecta Hay un espaciado o alineamiento desigual en el portaescobillas La humedad es baja La humedad es excesiva Demasiado polvo en la atmósfera Demasiado gas o vapores ácidos en la atmósfera Períodos demasiado largos durante cargas bajas o estables

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Las escobillas están demasiado sueltas en el portaescobillas, los soportes pueden estar gastados

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

• • • • • • •

• •

• •

•

•

• • • •

•

• •

•

•

•

• • •

•

•

•

•

• •

•

•

• • •

•

•

• • • •

• • • •

• •

•

• •

• •

•

• • • •

•

• •

•

•

• •

• •

•

• • • • •

•

• • •

• •

• • • •

• •

• • • •

•

•

• • • •

•

•

• •

• • •

•

•

• •

• • •

•

• •

•

•

• •

• •

• • • •

•

•

• •

•

•

•

•

• •

•

A B C D E F G H I

Página 34

•

•

• • •

• •

•

• • •

•

•

• • • • • • • •

J K L M

• • • •

• •

• • • • •

J K L M

Desgaste de anillo colector en una polaridad N Acumulación de cobre en la cara de la escobilla 0 Crepitación de las escobillas P La superficie del conmutador está rayada Q El conmutador tiene marcas asimétricas de quemadura R El conmutador tiene marcas simétricas de quemaduras S El conmutador tiene líneas ondulantes T Marcas estriadas en los anillos colectores de acero U Superficie de contacto glaseada en la escobilla V Superficie de contacto picada en la escobilla W Escobilla con bordes astillados o rompimiento de escobilla X Falla para desarrollar una película de protección Y Voltaje insuficiente en máquinas autoexcitadas Z N O P Q R S T U V W X Y Z

• •

• • • • • • • •

• • • • • •

• •

• •

• • •

•

• • • •

• •

•

• •

• •

•

• •

• •

• •

•

•

• •

• • • •

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

• •

30 31

•

•

• •

• •

• • •

•

•

• •

•

•

• • • • • • •

• • • •

•

•

•

•

•

•

• • •

• •

• • •

•

• • • • •

• •

•

• • • •

• •

•

• •

•

•

•

• •

•

•

• •

•

•

•

•

•

• • • •

•

•

•

•

•

•

•

• • •

•

•

•

•

•

• •

•

•

•

• •

• •

•

• • • •

• •

•

•

•

•

•

•

• •

•

•

• • •

• •

Acción Recomendada 1 2 3 4 5 6 7 8

• •

Debilitar los campos del interpolo desviando o incrementando el entrehierro Fortalecer los campos del interpolo reduciendo el entrehierro Aumentar el entrehierro para disminuir el flujo efectivo del interpolo Reducir el entrehierro para aumentar el flujo efectivo del interpolo Cambiar los cojinetes y realinear la máquina Reducir y limitar la carga en la máquina Ubicar y eliminar la causa de la vibración o instalar amortiguadores Estabilizar la armadura y chequear desgaste de cojinete

1 2 3 4 5 6 7 8

Invertir periódicamente la polaridad de los anillos Limpiar el conmutador y los anillos colectores Limpiar y apretar todas las conexiones Reasentar y limpiar las caras de la escobilla Ubicar y reparar la condición de falla Rebajar la mica o usar una escobilla más abrasiva Girar o repulir el conmutador a la velocidad mediata tasada Volver a soldar las conexiones Apretar el conmutador, girar o repulir Apretar el conmutador, volver a poner mica sí es necesario, girar o repulir Ubicar y eliminar la causa del rebaje, girar y volver a pulir Ajustar la presión del resorte para el tipo de grado de la escobilla Ajustar la presión del resorte para el tipo de grado de la escobilla Ajustar la presión del resorte para el tipo de grado de la escobilla Seleccionar una escobilla de grado alternativo Reducir al grosor efectivo de la escobilla Aplicar una oscilación circunferencial apropiada Instalar una escobilla nueva con conexión flexible firme Usar escobillas que son flexibles y con largo correcto Asentar apropiadamente las escobillas Ajustar los soportes a una posición radial y corregir la distancia desde el conmutador Invertir los soportes o la dirección de rotación Chequear sí el tamaño de la escobilla es correcto, limpiar las escobillas y los soportes, eliminar cualquier rebaba Cambiar los soportes si están gastados Limpiar los terminales y la regleta, apretar todos los tornillos Ajustar los soportes a 3/32" o 2mm desde el conmutador Ajustar los soportes a la posición correcta Corregir el espaciado y alineamiento de los soportes

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

32 33 34 35 36 37 Humidificar el aire de enfriamiento o suministrar aire desde un área normalmente húmeda 38 Cerrar la máquina o suministrar aire desde un área normalmente húmeda 39 Eliminar la causa si es posible o instalar un filtro 40 Disponer para enfriamiento con aire limpio 41 Cambiar el grado de escobillas

29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Figura 50 Esta tabla resume una variedad de síntomas relacionados con el funcionamiento del conmutador y las escobillas, junto con sus probables causas y soluciones. Muchos síntomas pueden indicar una gama de causas probables.

6 - Mantención Básica del Motor

N O P Q R S T U V W X Y Z

Página 35

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

motor. Al comprometer cualquiera de los puntos mencionados anteriormente, solo para alargar la vida útil de la escobilla más allá de los parámetros normales, a final de cuentas será mucho más costoso que tan solo cambiar las escobillas.

Rendimiento de la Escobilla y del Conmutador Muchos temas relacionados con el rendimiento del motor pueden resolverse chequeando el funcionamiento de las escobillas y del conmutador. (Figuras 50 y 51).

Guía de Funcionamiento de la Escobilla y el Conmutador El rendimiento máximo de la escobilla está indicado por:

Un funcionamiento sin éxito puede ser ocasionado por muchos factores. Las chispas nocivas son a menudo el primer síntoma de un problema. Si ocurre un chisporroteo nocivo, puede ser una indicación de cualquiera de las siguientes condiciones:

El desgaste excesivo del conmutador es una indicación del funcionamiento sin éxito de la conmutación, lo cual puede ser producido por las siguientes condiciones:

• • • •

Chisporroteo no dañino. Desgaste insignificante del conmutador. Película uniforme sobre la superficie del conmutador. Vida útil de la escobilla adecuada.

• Falla al invertir la corriente de la armadura en la conmutación experimentada por la bobina de la armadura, cuando es cortocircuitada por la escobilla. El motor fuera del neutro, el ajuste inapropiado de los interpolos y del control pueden ser contribuyentes. • Cambio demasiado rápido en la corriente durante la conmutación. • Pérdida de contacto entre la superficie de la escobilla y el conmutador debido a la tensión demasiado leve del resorte, o superficie con deformación circunferencial del conmutador. • Falla en la película del conmutador o carencia de ésta. La contaminación puede tener una influencia desfavorable sobre la película de la superficie. Muchos materiales, tales como el aceite, sulfuro, silicona, humo de tabaco, vapores de pintura, aguarrás, acetona y alcohol pueden afectar la película, cambiando el coeficiente de fricción y resistencia. • Demasiada película. • Película dispareja formada entre los pasos de la escobilla sobre la superficie del conmutador. Esto puede conducir a un desgaste selectivo, lo cual resulta en la compensación irregular de la corriente entre las escobillas. • Contaminación de partículas abrasivas entre la escobilla y el conmutador. • Operación fallida del control, resultando en la quemadura de la superficie del conmutador. • Alisamiento frecuente del conmutador. • Fricción elevada de la escobilla por contaminación, temperaturas extremas, presiones altas en las escobillas, película pobre o carencia de ésta.

Figura 51 Guía de Funcionamiento de la Escobilla y el Conmutador Página 36

6 - Mantención Básica del Motor

Inspección y Mantención del Conmutador General

Señales de Advertencia

Condiciones satisfactorias de la superficie del Conmutador

Para asegurar la operación exitosa y una larga vida a las escobillas y al conmutador, es muy importante cuidar apropiadamente la superficie del conmutador. La detección temprana de super-

1. A menudo, se observa 2. Es común una una película de color café apariencia veteada de claro sobre toda la variados patrones. superficie del conmutador, en motores de pala funcionando apropiadamente.

ficies falladas permite que éstas sean corregidas con un mínimo de costo y tiempo perdido en la operación. A no ser que las fallas, tales como la quemadura de barras, barras altas, mica alta o puntos rebajados, sean corregidas una vez observadas, ocurrirá un desgaste y daño acelerado. La inspección a intervalos regulares es la mejor forma de evitar dichos problemas (Figura 52).

3. Las marcas de ranuras de barra con una apariencia en la película algo más oscura tienen un patrón relacionado al número de conductores por ranura.

4. Puede aparecer una película densa sobre toda la superficie y es aceptable sí ésta es uniforme.

1. Las rayas es una señal anticipada de una seria transferencia de metal desde la escobilla.

2. Aparece un roscado con líneas finas cuando ocurre la transferencia de metal.

3. El estriamiento es un signo de material abrasivo en la escobilla o la atmósfera.

4. El arrastre de cobre es una acumulación anormal de material en el conmutador que puede producir descargas eléctricas.

5. Las marcas del paso de la barra aparecen como puntos bajos o quemados, igual a la mitad o a todos los números de polos.

6. Marcas pronunciadas en las ranuras de barra pueden involucrar la corrosión del borde de salida de la barra del conmutador.

Figura 52 La observación de la apariencia de la superficie del conmutador ayudará a determinar su condición. Página 37

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Apariencia de la Superficie La inspección de la apariencia de la superficie del conmutador (Figuras 52 y 53) puede revelar mucho sobre su condición y funcionamiento. Al aprender cómo interpretar los diferentes tipos de apariencia, podrá ayudar a determinar con precisión problemas existentes y potenciales relacionados con el conmutador y las escobillas, además qué hacer con ellos. Primero, es importante entender que las apariencias de la superficie del conmutador pueden variar ampliamente y que algunas condiciones son aceptables, mientras que otras son señales de advertencia de problemas pendientes. El conmutador debe exhibir un pulimento suave y uniforme en tonos cafés, que van desde café claro a café oscuro. Esto indica que existe una película suficiente para una operación de baja fricción, sin una película excesiva que restrinja el flujo apropiado de la corriente. Las condiciones de inconsistencia en el color o las superficies defor-

madas del conmutador son señales de advertencia de problemas potenciales, los cuales pueden ocasionar el desgaste prematuro de la escobilla y del conmutador. Una de las mejores formas para preservar una película “casi perfecta” es el uso de un paño de lino sobre un mango firme de madera dura. Una lona de tejido resistente, sin tratar, removerá el aceite, la grasa y el tizne de la superficie del conmutador, sin destruir la película deseada. Al sostener la lona contra el conmutador rotando, sacará rápidamente los contaminantes de la superficie y emparejará la película a través de la superficie del conmutador.

Mantenga siempre las manos lejos de cualquier parte eléctricamente energizada. Estas inspecciones y chequeos del conmutador y de las escobillas deben ser realizadas por un técnico calificado.

• •

Rayas Roscado

Presión leve de la escobilla

Conexión de Armadura Campo en Derivación Descompensado

Carga Eléctrica Leve

Sobrecarga Eléctrica

Ajuste Eléctrico

Causas de las Condiciones Adversas de la Superficie del Conmutador

• •

Marcas del paso de barra Marcas de ranura de barra

• •

Abrasivo Poroso

Gas

Polvo Abrasivo

• •

•

•

•

• •

•

•

•

•

Figura 53 Tabla de Diagnóstico de Fallas del Conmutador. Página 38

Contaminación

•

Estriamiento Arrastre de cobre

Tipo de Escobilla en uso

• •

• • • •

6 - Mantención Básica del Motor

Aspereza y Barras Altas

Al realizar esta prueba, asegúrese que el piso esté seco, párese en un piso de goma u otra superficie de aislamiento y evite el contacto corporal con cualquier parte de la máquina.

Para verificar la aspereza, inspeccione el conmutador poniendo una varilla de madera encima de la escobilla, sosteniéndola en forma paralela respecto al largo de la escobilla mientras el conmutador rota (Figura 54). Sienta los movimientos de arriba y abajo de la escobilla. Sí las escobillas saltan, es un signo de barras altas y que el conmutador se está poniendo áspero (Figura 55).

Varilla de madera

Inspeccione para verificar tasa de desgaste excesivo del conmutador, rayas, arrastre de cobre, marcas de paso de barras, marcas excesivas de ranura de barras y perfil del conmutador (Figura 56). Consulte el manual de servicio del fabricante para ver TIR específico (Lectura Total del Indicador) y las recomendaciones de paso de barra a barra.

Nunca use un papel o paño esmeril debido a que es conductivo y es muy probable que sus partículas puedan incrustarse entre los segmentos y provocar cortocircuitos.

Rotación

Resorte Portaescobilla

Conmutador

Figura 55 La escobilla (A) “tropieza” con la barra alta (B), produce un arco (C), arrastra cobre desde las barras adyacentes (D) y produce puntos de rebaje (E), resultando en un conmutador con superficie circunferencial deforme y aspereza.

Figura 54 Chequeo de aspereza y barras altas del conmutador.

Es necesario pulir con lija o piedra para conmutador en caso que éste presente serias condiciones de depósitos, aspereza o desgaste selectivo. Se deberá utilizar una lija de gránulo fino (#00) para evitar rayas profundas y la remoción excesiva de la superficie de cobre. Página 39

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Mantenga las manos y la ropa lejos de las partes en rotación y de las partes energizadas eléctricamente. No use joyas y amarre el pelo largo para evitar enredarlo con las partes en movimiento.

Mica Barras

Profundidad de rebaje de la mica Ranura de polvo

Figura 56 Inspección de las escobillas. La lija no removerá incluso los pequeños puntos rebajados; de hecho ésta los ensanchará y generará un desgaste no deseado en las superficies de las barras del conmutador. Por lo tanto se recomienda una piedra para conmutador en vez de una lija.

El engaste con piedra no removerá las condiciones ovalizadas del conmutador. La forma de la piedra para conmutador debe ser igual a la curvatura del conmutador, se debe presionar firmemente y mover lentamente de lado a lado mientras el motor opera cerca de la velocidad tasada.

Es necesario volver a alisar el conmutador en caso de presentar aspereza, ovalidad o barras altas excesivas. En este caso, es mejor sacar el motor y enviarlo a un taller de servicio autorizado para girar y rebajar apropiadamente la mica y pulir superficialmente el conmutador. El rebaje de la mica es muy importante para una operación apropiada. La mica se usa para aislar las áreas entre las barras del conmutador. Sí se dejan bordes de mica en la superficie, ocurrirá el desgaste acelerado de las escobillas y se dañará el conmutador. (Figura 57). Página 40

Figura 57 Vista ampliada de la mica y las barras.

Inspección y Mantención de las Escobillas Inspección

El voltaje alto y los motores en rotación pueden ocasionar lesiones graves o la muerte. No se deberá tocar o cambiar las escobillas cuando el motor está energizado.

Inspeccione el largo de las escobillas. Cambie cuando el marcador de desgaste de la escobilla del flexible alcance la parte superior de la caja de la escobilla. Inspeccione sí los clips de contacto de las escobillas están desgastados o brillosos, flexibles raídos o sueltos, escobillas picadas o quebradas y busque signos de sobrecalentamiento de la escobilla, o del flexible en el soquete. Saque algunas escobillas para chequear las caras de

6 - Mantención Básica del Motor

contacto de la escobilla/conmutador. Las áreas quemadas indican problemas de conmutación. Suelte cada una de las escobillas desde su portaescobillas. Sople con aire limpio y seco el área del portaescobillas y la aislación del perno prisionero, para eliminar el polvo de las escobillas. Limpie el portaescobillas y la aislación del perno prisionero para eliminar cualquier contaminación. El rendimiento máximo de la escobilla depende de su instalación, encaje y ajuste cuidadoso, antes de poner nuevamente el motor en servicio. Los siguientes puntos pueden ayudar a mejorar el funcionamiento en general de las escobillas (Figura 58): Espaciado del director de arco

Montaje del portaescobilla Caja de la escobilla Espaciado del portaescobilla y del conmutador

• El asentamiento de las escobillas es muy importante para mantener un máximo contacto con el conmutador. El asentamiento inapropiado puede astillar las caras de la escobilla, o provocar una conmutación pobre y el chisporroteo de la escobilla. • Las presiones del resorte son críticas para una adecuada vida útil de la escobilla. Sí las presiones del resorte son demasiado leves, se producirá la inestabilidad, o el rebote de la escobilla, provocando el aumento de chispas bajo su cara y el desgaste eléctrico tanto de la escobilla como del conmutador. Demasiada presión en el resorte aumenta la fricción entre la escobilla y el conmutador, resultando en un alto desgaste mecánico. Sí la tasas de desgaste de la escobilla son un problema, se deberá chequear las presiones del resorte de acuerdo a las especificaciones del fabricante (Figura 59). Paso 1 levantar

Director de arco

Dedo elástico (resorte)

Figura 58 Chequeo de la presión del resorte de la escobilla. • El espacio equitativo de las escobillas con buen alineamiento del portaescobillas y el correcto espaciado desde la superficie del conmutador asegurarán una operación exitosa. • El espacio entre el portaescobillas respecto de la superficie del conmutador debe ser ajustado correctamente. Muy poco espacio puede provocar el contacto de metal contra metal, o la formación de arco desde el portaescobillas hacia el conmutador. Demasiado espacio puede provocar la desviación incrementada de la escobilla, provocando el asentamiento doble o menor contacto de la escobilla.

Paso 3 leer

Lazo de cuero

Paso 2 sacar

Tira de papel Conmutador

Figura 59 Chequeo de presión del anillo de la escobilla. Página 41

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Grados Opcionales para Escobillas Dentro de los temas claves que afectan la operación del motor de la pala, se encuentran la mantención y la contaminación de las escobillas. Dependiendo de la naturaleza del problema de conmutación, el cambio del tipo y/o grado de las escobillas puede mejorar su funcionamiento. (Figura 60). Dentro de la gran cantidad de escobillas disponibles, el tipo electrografítico es el más comúnmente usado en los motores de palas para la minería. Los grados electrografíticos de las escobillas son creados al convertir formas nocristalizadas de carbón en formas cristalizadas de grafito al cocerlos a temperaturas muy altas. Las escobillas electrografiticas tienen una mayor gama de características comparadas con otros tipos para equipos de conmutación eléctrica. Éstas

están substancialmente libres de propiedades abrasivas, lo cual permite su uso en aplicaciones de superficies para alta velocidad. Éstas cuentan con una alta caída de tensión de los contactos y tienen propiedades de conmutación excepcionalmente buenas. Esto, más un bajo coeficiente de fricción, permite densidades de corriente con un promedio de 60-100 amps. por pulgada cuadrada, lo cual es normalmente especificado para las aplicaciones de palas. Las escobillas de diferentes estilos y grados de carbón afectan la caída de contacto o tensión entre la superficie del conmutador y la escobilla. La caída del contacto crea una resistencia que restringe corrientes no deseadas locales o de cortocircuito en la superficie de la escobilla. Las corrientes excesivas en la cara de la escobilla que van de barra a barra, pueden ocasionar chispas desfavorables. Los grados con una mayor caída de

Grado y Tipo Opcional de las Escobillas para Motores de Palas P&H Tamaño Grado Alt. Estándar del Estándar Distribuidor con/HQD Bastidor de la Std. del Escobilla Terminal Opción 1 Motor (H45) (N6000)

Baja Baja Baja Humedad Humedad Humedad Opción 2 (DE-25)

HQD Terminal Baja Humedad Opción 3 Opción 4 Opción 5 (A451) (D41) (H44)

K-287

R38464D37

73Q2D41

73Q2D45 73Q2D46

R38464D45

R38464D46

73Q14D19 R38464D19

73Q2D54

73Q2D49 73Q2D50

R38464D49

R38464D50

K-406T K-489 K-408 K-504T K-558A K-489A K-558B K-700 K-700B K-925 K-1010 K-1250 K-1690

73Q14D37 (H45) 73Q2D19

73Q2D37

HQD Terminal Baja Humedad

73Q14D2

73Q2D2

R38464D2

73Q2D51

73Q2D36 73Q2D35

R38464D35

R38464D36

73Q2D3

73Q14D3

R38464D3

73Q2D53

73Q2D47 73Q2D48

R38464D47

R38464D48

73Q14D38

73Q2D38

R38464D38

73Q2D42

73Q2D40 73Q2D39

R38464D39

R38464D40

73Q2D5

73Q14D5

R38464D5

73Q2D52

73Q2D32 73Q2D34

R38464D34

R38464D32

73Q14D17

73Q2D17

R38464D17

73Q2D43

73Q2D33 73Q2D29

R38464D29

R38464D33

73Q14D17

73Q2D17

R38464D17

73Q2D43

73Q2D33 73Q2D29

R38464D29

R38464D33

73Q2D27

73Q14D27 R38464D27 (H41)

73Q2D44

73Q2D30 73Q2D28

R38464D28

R38464D30

K-1690B R50400D133

R50400D171

Figura 60 Dependiendo de la naturaleza del problema de conmutación, el cambio del tipo y/o grado de las escobillas puede mejorar su rendimiento. Página 42

6 - Mantención Básica del Motor

contacto, o el uso de escobillas divididas, minimizan estas corrientes. Las escobillas divididas tipo oblea proporcionan más puntos de contacto de conducción al conmutador, mejorando el flujo de la corriente y la conmutación. Se encuentran disponibles escobillas con grado especial para motores que operan en ambientes severos. Las áreas con altura elevada, frío extremo y baja humedad crean la necesidad de grados que puedan mantener la película protectora sobre la superficie del conmutador. El polvo contribuye a la falta de una película protectora. Esta película protectora se mantiene en condiciones normales por medio de la absorción del vapor de agua sobre la superficie del conmutador y las escobillas, y la formación de una capa de óxido en el conmutador. Estos grados especiales ofrecen ingredientes o tratamientos que producen y mantienen la película protectora en condiciones bajas de humedad y erosión. Refiérase al manual de la máquina para verificar los números específicos de partes para grados de escobillas y números de partes que han sido utilizados exitosamente en aplicaciones de motor de palas.

No mezcle tipos o grados de escobillas debido a que esto puede ocasionar la distribución descompensada de la corriente, resultando en un desgaste disparejo.

El cambio de las escobillas en el mismo paso de conducción, o de todas las escobillas en un solo portaescobillas, ocasionará la descompensación de la corriente en ese respectivo paso. Esto puede provocar una descarga eléctrica disruptiva en el motor y contribuir al desgaste excesivo del conmutador y de las escobillas.

Procedimiento Estándar para Cambiar Escobillas 1. Presione levemente hacia abajo sobre el conjunto de portaescobillas, luego presione levemente hacia la escobilla para liberar el resorte de su retén. 2. Suelte del conjunto de resorte del portaescobillas y saque la escobilla. 3. Instale las escobillas nuevas en el orden inverso al que las sacó. Las escobillas de recambio deben tener sus superficies de contacto diseñadas para calzar exactamente con la superficie del conmutador. Para lograr un ajuste congruente, lije por separado las escobillas en cada portaescobilla. Con el lado áspero de una lija no metálica orientada hacia la escobilla, pase la lija por debajo de éstas, y presione las escobillas firmemente hacia el conmutador (Figura 61).

Cambio de Escobillas No se debe usar goma de silicona o RTV como aplicaciones de sellos en motores de CC. La presencia de vapores de la silicona provoca el rápido desgaste de la escobilla en motores totalmente cerrados.

Figura 61 Asentamiento de escobillas con papel de lija.

Página 43

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Al lijar, tenga especial cuidado de no introducir carbón dentro de los devanados. Asegúrese de soplar meticulosamente el motor después de terminar de lijar.

4. Instale cuidadosamente las escobillas al contorno del conmutador con una lija fina (#00). La lija debe dar solo una vuelta completa alrededor del conmutador con un mínimo de traslapo.

Conector en cruz

Anillo aislador

Portaescobillas

NUNCA use papel esmeril para limpiar las escobillas o el portaescobillas, ya que la arenilla del esmeril es conductora.

5. Después de asentar las escobillas, sáquelas de los soportes y límpielas junto a los soportes para asegurar el movimiento libre de las escobillas en los soportes. Después de lijar, asegúrese de soplar o aspirar todo el polvo de carbón del motor.

Cambio Alternativo de Escobillas Las escobillas se deben cambiar como se describió en el punto anterior, pero esto no siempre será práctico. Entendiendo que todas las escobillas deben ser cambiadas al mismo tiempo, usted puede usar esta alternativa según el método preferido. Refiérase a la Figura 62 como una guía general para el cambio de escobillas y sus ensambles. Las escobillas se pueden cambiar durante un programa tipo mantención, sí el orden en que se rota el cambio coincide con lo indicado en la Figura 63; cambie todas las escobillas número 1 durante el primer programa de rotación, todas las escobillas número 2 durante la segunda rotación y así sucesivamente. Con este método, se requiere una inspección de mantención completa a los motores con el fin de determinar la periodicidad en que es necesario cambiar las escobillas. Asegúrese de mantener un registro por escrito para hacer un seguimiento a la fecha y al tiempo necesario para cada cambio. Página 44

Director de arco Figure 62 Mecanismo de montaje de la escobilla.

Portaescobillas

Escobillas

Figura 63 Secuencia del cambio de escobillas.

Los portaescobillas requieren de mantención mínima. Cada vez que las escobillas se cambien o saquen para inspección, o por cualquier otra razón, asegúrese de inspeccionar el espacio entre los soportes y el conmutador. Revise el manual de servicio o mantención para verificar el espacio apropiado.

6 - Mantención Básica del Motor

Cojinetes del Motor

Lubricación del Motor

Inspeccione para ver si hay fuga de aceite o grasa Los motores están equipados con placas de lubridesde las cajas de los cojinetes. Sí encuentra cación de cojinetes similares a las indicadas en la cualquier fuga, corrija el problema antes de Figura 64. Consulte los manuales de placas como continuar operando la máquina. Escuche algunos también los de servicio para verificar los requisicojinetes para detectar ruido. Los cojinetes que tos específicos de lubricación y sus intervalos. aumentan progresivamente el ruido, deberán cambiarse durante la próxima parada. Reengrasar los cojinetes de ANTIFRICTION BEARING LUBRICATION acuerdo a necesidad. ADD 1/2 TO 1 OUNCE NEW LUBRICANT TO BEARING AFTER INITIAL INSTALLATION & EVERY 500 TO 1000 HOURS OF OPERATION. SEE SERVICE BULLETIN EMS 112 FOR COMPLETE LUBRICATION INSTRUCTIONS AND SPECIFICATION FOR P&H

Aislación

DRAIN PLUG MUST BE REMOVED WHEN GREASING MOTOR. RUN MOTOR WHILE GREASING AND UNTIL EXCESS GREASE IS EXPELLED FROM DRAIN. DRAIN PLUG MUST BE CLEANED OUT BEFORE LUBRICATING. CLEAN BEARING AND BEARING HOUSING AFTER EVERY 10000 HOURS OF OPERATION OR 8 MONTHS OF STORAGE.

Realice una inspección visual a toda la aislación eléctrica. Los motores almacenados, como también aquellos en servicio activo, deberán ser probados para detectar la presencia de polvo, suciedad, humedad, oxidación, material Figura 64 Placa típica de lubricación de cojinetes encontrada defectuoso, o daños mecánicos en las en motores de CC. superficies de los devanados. Registre la lectura del megaóhmetro (megger) para comparar con registros anteriores. Cualquier tendencia descendente indica la necesidad de La falta de cuidado al trabajar alrededor seguir los pasos apropiados de mantención. de equipos en rotación puede ocasionar lesiones o la muerte. Asegúrese que las protecciones estén en su lugar, establezca una comunicación positiva con el Consideraciones Mecá operador y notifique a todo el personal presente en el área sobre el movimiento Sí los filtros de aire vienen incorporados, manténinminente a realizar. galos en buen orden de trabajo y cámbielos de acuerdo a lo especificado en el manual de La frecuencia de la lubricación y la cantidad de servicio. Realice una inspección visual para grasa a agregar dependen de las condiciones de verificar pernos, partes o conexiones eléctricas operación. Sin embargo, como una regla general, sueltas. Inspeccione el torque de los pernos para es preferible agregar pequeñas cantidad de grasa a polos seleccionando una muestra al azar de intervalos más frecuentes, que agregar grandes pernos. Sí varios pernos están sueltos, revíselos cantidades a intervalos poco frecuentes. Lo ideal todos. es agregar la grasa mientras el motor está caliente y rotando lentamente. No torquee demasiado los pernos del polo, ya que esto ocasionará el desgaste prematuro del perno y su posible falla.

Inspeccione periódicamente el torque del perno del interpolo.

Los motores vienen diseñados con fittings específicos de entrada y salida para el lubricante, con el fin de aplicar apropiadamente la grasa en una sola dirección. Antes de engrasar cada cojinete, limpie los fittings con un paño limpio y seco y limpie el

Página 45

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

fitting de la engrasadora. Saque el tapón del drenaje y cualquier vestigio de grasa endurecida con una varilla plástica o un alambre, si es necesario, teniendo cuidado de no romper la varilla en la salida.

Es importante no engrasar demasiado ningún cojinetes, mas esto es especialmente importante con el cojinete superior de los motores verticales. Además de causar la falla prematura del cojinete, el exceso de grasa puede gotear sobre el conmutador y las partes adyacentes y provocar una descarga eléctrica.

Evite contaminar el conmutador y los devanados con grasa. Al rellenar los cojinetes, no llene completamente la cavidad; llénela aproximadamente de un 1/3 a 1/2.

Bombee lenta y gradualmente la grasa, ya sea hasta que la grasa salga por el drenaje, o a 20 pulsaciones de la engrasadora. Con mayoría de las pistolas engrasadoras con cartucho, 20 pulsaciones bombearán aproximadamente 1/2 onza (14.175 g) de grasa. Deje abiertos los hoyos de la salida y opere el motor para liberar presión hasta que no salga más grasa. Esto tomará aproximadamente 20 minutos. Cambie los tapones cuando termine.

Página 46

Selección de la Grasa La grasa debe ser compatible con la grasa utilizada durante la fabricación y debe ser del tipo para Presión Extrema (EP) con una especificación NLGI de 0, 1 ó 2 dependiendo de las condiciones de la temperatura ambiental.

Bajo ninguna circunstancia se deberá usar grasa con contenido de bisulfuro de molibdeno (MoS2) o de grafito en aplicaciones para motores eléctricos, debido a la conductividad eléctrica de estos sólidos. La contaminación con grasas conductivas del conmutador y de las partes adyacentes, creará descargas eléctricas.

Asegúrese de chequear las especificaciones del fabricante del motor. En caso de usar la grasa equivocada, o sí se sospecha que la grasa se ha sido contaminada, se deberá limpiar completamente el cojinete y su cavidad. En este caso, se recomienda enviar el motor a un taller de servicio. No se recomienda “Bombear” por bombear una gran cantidad de volumen de grasa a través del cojinete.

7 - Motores Expuestos a Condiciones Nocivas

Las condiciones de operación inusuales pueden resultar en el daño o fallo prematuro del motor de la pala. Los mayores responsables son la contaminación, condiciones extremas del medioambiente, ajustes inapropiados del control del motor, mantención inapropiada, vibración excesiva y abuso de parte del operador (Figura 65).

Contaminación La ventilación de los motores de Figura 65 La mantención inapropiada, el abuso u otras CC fuerza el aire de enfriamiento condiciones perjudiciales pueden conducir a la falla catastrófica directamente hacia el motor, del motor. exponiendo el conmutador, las escobillas de carbón y las bobinas resultados similares a aquellos provocados por a todo lo contenido en el aire. Es muy importante compuestos de sulfuro. mantener una buena calidad del aire, ya que • Los ácidos usados en agentes de limpieza ciertos contaminantes provenientes del aire también reaccionan con el cobre, produciendo pueden ocasionar el excesivo desgaste de la una película pobre. escobilla, daño del conmutador, falla dieléctrica del conmutador, u otros problemas. Los contami• El polvo abrasivo acorta la vida útil de la nantes y los problemas que estos pueden escobilla y provoca el excesivo desgaste del ocasionar, incluyen lo siguiente: conmutador (Figura 66). • Los compuestos de sulfuro tales como el • La falta de humedad o las condiciones muy anhídrido sulfuroso y el hidrógeno sulfurado secas resultan en la carencia de la formación de reaccionan con las barras de cobre del conmutala película, ocasionando un alto desgaste de la dor y pueden formar películas no conductoras. escobilla y del conmutador. Se encuentran Dichas películas pueden aumentar la fricción y disponibles grados alternativos de escobillas con la crepitación de las escobillas, provocando cualidades que fomentan la película para daños tanto a las escobillas como al conmutaambientes con escasa humedad. dor.

• El cloro usado en agentes blanqueadores reaccionan con el cobre del conmutador y producen

• Las grasas, los aceites y los sellos de silicona pueden ocasionar el desgaste extremadamente Página 47

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

disponibles grados de escobillas para fomentar la película. El propósito del aislamiento eléctrico es aislar los conductores eléctricos del medioambiente. Las temperaturas ambientales por sobre 50° C (122° F) pueden dañar el sistema de aislamiento del motor. Los aumentos de la temperatura ambiental tienen un efecto directo sobre la temperatura operacional de las bobinas. Las temperaturas de las bobinas pueden exceder los límites de diseño del aislamiento en condiciones ambientales elevadas, reduciendo la vida útil del aislamiento. Figura 66 Operación de la pala en condiciones polvorientas. rápido de las escobillas, incluso con pequeñas concentraciones en el aire.

• La grasa y el aceite excesivo pueden contaminar el conmutador y las escobillas, resultando en la capacidad reducida de la conmutación y el desgaste incrementado de las escobillas. Las grasas y los aceites dentro del motor, junto con el polvo del carbón proveniente de las escobillas, pueden crear pasos conductivos.

Los materiales de aislamiento usados en los motores de palas requieren resistencia dieléctrica y tasas térmicas altas, estabilidad química y una buena resistencia mecánica. Los sistemas de aislamiento están clasificados de acuerdo a su habilidad para soportar máximas temperaturas, de acuerdo a lo definido por NEMA (Asociación de Fabricantes Eléctricos Nacionales). La Figura 67 indica una lista de las clases de aislamiento. Los materiales de aislamiento usados en los motores de las palas son en su mayoría Clase H.

Clase de Aislamiento

Temperatura Máxima de Operación

A

105°C (221°F)

Condiciones Extremas del Medioambiente

B

130°C (266°F)

F

155°C (311°F)

Las temperaturas extremas afectan los motores de las palas en diferentes formas. Las condiciones extremadamente frías degradan la viscosidad de las grasas lubricantes estándares, provocando la carencia de lubricación en los cojinetes del motor. Se encuentran disponibles grasas para climas fríos para prevenir dichos problemas. Las condiciones de climas fríos también significan escasa humedad, lo cual reduce la formación de la película sobre los conmutadores. En caso de presentar una vida útil reducida de la escobilla o el desgaste del conmutador, se encuentran

H

180°C (356°F)

Página 48

Figura 67 Clases de Aislamiento del Motor. Un método práctico revela que por cada 10° C en que un motor es operado sobre su temperatura normal tasada, la vida útil de su aislamiento se acorta a la mitad. Sin embargo, es extremadamente importante proveer una ventilación adecuada, con el fin de mantener las temperaturas dentro de los límites de diseño. Es necesario

7 - Motores Expuestos a Condiciones Nocivas

inspeccionar la unidad del ventilador para asegurar que los ventiladores estén operando en la dirección correcta y que no haya restricciones, o aperturas en el ducto que puedan reducir el flujo de aire a través del motor. Los signos de sobrecalentamiento incluyen: • Barniz o pintura oscurecida en las bobinas. • Cable, barniz o materiales de aislamiento quebradizos. • Tinte azul o morado en el cobre del conmutador. • Grietas en el barniz. • Pérdida de adhesión del barniz con las bobinas.

No use solventes líquidos debido a que estos introducirán contaminación dentro áreas de acceso inalcanzable.

La humedad baja en áreas elevadas o en condiciones muy frías o desérticas, pueden resultar en la formación de una película inadecuada sobre el conmutador. Sin una película adecuada, la vida útil de la escobilla puede reducirse drásticamente, debido al aumento de fricción entre las escobillas y el conmutador.

Ajustes de Control Inapropiados La mantención de ajustes específicos del control del motor ayuda a asegurar su apropiada operación. La variación de los límites recomendados de la corriente de la armadura y del campo puede ocasionar sobrevelocidad, sobrecarga, o daño mecánico a los componentes del sistema de propulsión.

Mantención Inapropiada La mantención inadecuada o inapropiada del motor de CC acortará la vida útil del motor y aumentará los costos de operación. Una mantención apropiada incluye: • Monitorear el desgaste y el cambio correcto de las escobillas. • Mantener las presiones del resorte de la escobilla y un conmutador concéntrico y limpio.

Página 49

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

• Mantener las conexiones apernadas torqueadas de acuerdo a las especificaciones del fabricante. • Engrasar apropiadamente los cojinetes del motor. • Mantener el motor limpio. La limpieza de los motores al aspirar primero el polvo, la suciedad y el carbón antes de soplar, reducirá la acumulación de suciedad. Los solventes también dejan residuos conductivos, los cuales pueden ser difíciles de eliminar. El reconocimiento anticipado de problemas potenciales disminuirá condiciones severas a futuro.

Vibración Excesiva La vibración excesiva puede soltar las conexiones apernadas, causar fallas mecánicas o estructurales, reducir la vida útil del aislamiento y romper la unión de las bobinas con los materiales de aislamiento. Una vibración elevada puede ser el resultado de pernos de montaje sueltos, desalineamiento de acoplamientos, o fuentes de vibración para otros equipos.

Mal Uso de parte del Operador La pala está proyectada para operar bajo condiciones específicas con el fin de entregar un alto rendimiento y productividad. El uso anormal de la pala, tal como el frenado de contramarcha o inversión de marcha excesivo, trabamiento excesivo, o el uso de la máquina más allá de sus límites de diseño, pueden dañar los motores. El mal uso de la pala puede ocasionar sobrecargas, temperaturas altas y descargas eléctricas disruptivas del motor. Los cursos de capacitación práctica y de repaso pueden ayudar a mejorar la técnica y la productividad del operador, además de reducir los costos de mantención y reparación debido al mal uso del equipo.

Página 50

8 - Desmontaje e Instalación del Motor

Los procedimientos para desmontar e instalar el motor varían con cada tipo de motor y modelo de pala, pero en general se aplican los mismos principios básicos. Consulte los procedimientos específicos del manual de servicio del fabricante de la pala. Más abajo, se encuentra una breve descripción de un procedimiento para desmontar y reinstalar un motor de levante.

Desmontaje Antes de desmontar cualquier motor, asegúrese de cumplir con todas las preparaciones de seguridad y operación de acuerdo a lo especificado por el fabricante, como también por las políticas de su empresa. Por ejemplo, la preparación para sacar los motores de levante requiere bajar el balde hasta que descanse sobre el suelo, aplicando los frenos y desenergizando los motores. Saque las tapas del pestillo y las secciones tipo campana de acuerdo a necesidad.

4. Retire la protección del acoplamiento del motor de levante y los pernos de acople. 5. Marque y desconecte las conexiones eléctricas del motor. 6. Retire los pernos de montaje del motor de levante y suelte los pernos de ajuste de la base del motor. 7. Levante el motor desde su base. 8. Marque la ubicación del paquete de lainas debajo de los asientos de montaje del motor para su reinstalación. Transmisión Motor del Ventilador ventilador Motor de levante Mitades del acoplamiento

El voltaje alto puede ocasionar lesiones graves o la muerte. Use los procedimientos de bloqueo/etiquetado para bloqueo y pruebe antes de desconectar las conexiones eléctricas.

Tornillo de ajuste Tornillo Un desmontaje típico incluye (Figura 68): de 1. Marque y retire las conexiones eléctricas ajuste desde el motor del ventilador. 2. Retire el ventilador y su motor. Hardware de montaje 3. Marque cada juego de mitades del Figura 68 Antes de desmontar un acoplamiento, antes de separar para asegurar motor, marque todas las conexiones eléctricas y que éstas conserven la misma posición al volver cada juego de mitades del acoplamiento, para a montarlas. asegurar una instalación apropiada. Página 51

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

9. Saque la mitad del acople del eje del motor (Figura 69). Placa de retención

O-ring

CL Eje del motor de levante

CL Eje de reducción primario

Machón

Machón Camisa

O-ring

Empaquetadura

Camisa

Figura 69 Acoplamiento típico del motor de levante.

Un motor de levante pesa aproximadamente 15,000 lbs (6,800 kg). La caída de una carga izada puede ocasionar lesiones graves o la muerte y daños al equipo. Asegúrese que la capacidad del equipo de levante utilizado exceda el peso del motor a levantar y que el equipo de levante esté conectado en forma segura al equipo a levantar. Manténgase alejado al levantar, bajar o mover componentes.

Instalación La instalación típica del motor incluye: 1. Instale los paquetes de lainas de la base del motor en su posición original y levante el motor

El motor puede sobrecalentarse sí no se ventila apropiadamente. Es crítico sacar algunas cubiertas y dejar otras puestas.

Página 52

hacia la base. 2. Refiérase a las especificaciones del fabricante para la instalación de cubiertas y verifique sí se desmontaron las cubiertas de ventilación apropiadas. 3. Usando los pasadores de alineamiento, ubique el motor sobre la base de tal forma que el espacio dejado entre los machones de acople cumpla con las especificaciones del fabricante. 4. Alinee el motor con la transmisión. Al reinstalar un motor, los acoplamientos del motor y la transmisión deben quedar alineados paralela y axialmente (Figura 70). Esto se puede realizar usando un láser o un calibrador. Los motores de empuje y de giro son autoalineantes, por lo que el alineamiento de los acoplamientos es realmente un tema referido a los motores de levante y avance. Refiérase a las especificaciones del fabricante para lecturas correctas del indicador de alineamiento. 5. Cuando los acoplamientos estén correctamente alineados, instale las tapas de registro. 6. Realice las conexiones eléctricas al motor. 7. Conecte las mitades del acoplamiento y engráselas. 8. Instale el ventilador y el motor del ventilador y realice las conexiones eléctricas al motor del ventilador. 9. Cambie todos los paneles del techo de la sala Alineamiento de máquinas, en paralelo los paneles de muros y las secciones tipo Alineamiento horizontal axial campana.

Alineamiento vertical axial

Alineamiento de espaciado facial Figura 70 Alineamiento del eje del motor y del eje impulsor de la caja de engranajes.

9 - Opciones para Reparar y Reconstruir el Motor

P&H MinePro Services opera instalaciones completamente equipadas para reparar y reconstruir el motor en regiones mineras claves del mundo, compuestas por técnicos experimentados y capacitados en fábrica (Figura 71). Todas las instalaciones ofrecen reparaciones y servicios de entrega tradicional y muchas ofrecen el programa de intercambio para motor ENCORE® de P&H MinePro.

Figura 72 Los motores se limpian con vapor e inspeccionan una vez llegados al centro de reparación de MinePro.

Figura 71 Las instalaciones de P&H MinePro Services para la reparación y reconstrucción del motor están ubicadas estratégicamente a nivel mundial.

Visión General Las operaciones de reparación y reconstrucción del motor involucran un proceso integral y estructurado, a partir de la recepción, inspección visual y desmontaje. Comenzando por los pasos de recepción, se mantiene un registro fotográfico para documentar todas las partes defectuosas y las reparaciones necesarias, incluyendo los daños a simple vista, tales como patas quebradas del motor, bastidor agrietado, ejes quebrados, etc. (Figura 72).

Dependiendo de la naturaleza de las reparaciones a realizar, los servicios incluyen el análisis del bastidor del campo, la inspección mecánica de la armadura y del eje, de la tapa y el cartucho del cojinete, encaje del bastidor, bandas de vidrio y cuñas. La inspección eléctrica incluye pruebas de resistencia del aislamiento, índice de polarización, sobretensión de la armadura, pruebas potenciales altas y prueba de caída de CC en campos en derivación y bobinas de interpolos. Se inspecciona los conductores del motor para verificar flexibilidad como también mellas y grietas. Ya sea para reparar o reconstruir, MinePro provee todos estos servicios además del enderezamiento/cambio de ejes, restauración de ranuras de posicionamiento, metalización de componentes, impregnación en vacío seguida de impregnación a presión (VIP), prueba de carga y reparación de tapas y cartuchos de cojinetes. Los servicios de MinePro de reparación y reconstrucción del motor incluyen además el rebobinado de la armadura y la instalación de bobinas Página 53

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

Figura 73 Instalación de bobina de la armadura. (Figura 73), reparación y acabado del conmutador, poner bandas (Figura 74), compensación dinámica, mantención general del bastidor de campo, montaje del motor, prueba final y preparación para embarque (Figura 75).

Figura 74 Puesta de bandas a la armadura del motor. mente, para enviarlos al día siguiente, o incluso dentro del mismo día, con el fin de devolver el equipo del cliente a la operación productiva lo más rápido posible.

Todos los motores ENCORE se pueden desmontar completamente, limpiar con Programa de vapor, inspeccionar, Intercambio probar y remanufacFigura 75 Prueba del motor previo al embarque. turar de acuerdo a las para Motor especificaciones originales y son respaldados con ® la misma garantía como si fueran motores P&H ENCORE de P&H nuevos. El programa de Intercambio para Motor ENCORE de P&H es parte de un servicio integral diseñado para reducir los costos de operación, por medio de la eliminación de costos asociados a la compra y traslado de repuestos, incluyendo motores y transmisiones. El programa ENCORE de P&H incluye el intercambio de los componentes correspondientes al cliente que pueden remanufacturarse y todos los servicios descritos anteriormente.

Todas las funciones y las conexiones eléctromecánicas son rigurosamente examinadas, además de realizarles una prueba de rendimiento. Se limpia y rebaja el conmutador, se sumerge y seca al horno la armadura y se instalan escobillas y cojinetes nuevos. Los cambios adicionales pueden incluir bobinas del campo, el eje de la armadura y/o conmutador.

Operado por P&H MinePro Services y disponible en regiones seleccionadas alrededor del mundo, MinePro entrega el envío oportuno de motores de levante, empuje, giro, avance, combinación empuje/avance y motores de ventiladores. Los motores remanufacturados ENCORE se encuentran almacenados en bodegas centralizadas local-

Se incorporan todos mejoramientos de diseños más recientes al motor durante la remanufacturación, con el fin de entregar un funcionamiento y confiabilidad de avanzada. El motor se prueba de acuerdo a las especificaciones nuevas del motor, se pinta y prepara para su embarque.

Página 54

Glosario

ARCO, ARQUEO – Descarga eléctrica entre dos conductores. ARMADURA – Componente rotativo de un motor de CC. ESCOBILLA – Material conductor de corriente usualmente confeccionado de carbón o grafito. Las escobillas se deslizan directamente sobre la superficie del conmutador del motor y conducen corriente desde la fuente de poder hacia los devanados de la armadura. CONMUTACIÓN – Proceso de inversión de la dirección de la corriente en los devanados de una armadura con motor de CC.

EMF (FUERZA ELECTROMOTRIZ) – Otro término para la tensión; también usado como un indicador de la velocidad del motor. CAMPO – Término usado para describir un elemento fijo de un Motor de CC. El campo proporciona el campo magnético con el cual interactúa el elemento en rotación (armadura). DEBILITAMIENTO DE CAMPO – Introducción de la resistencia en un motor de CC para reducir la tensión y la corriente, lo cual debilita la resistencia del campo magnético para aumentar la velocidad del motor.

DENSIDAD DE LA CORRIENTE – Cantidad de corriente (amperes) en un área determinada, como por ejemplo, amperes por pulgada cuadrada.

DESCARGA ELÉCTRICA DISRRUPTIVA – Cortocircuito destructivo de un motor a través de la conductancia del plasma desarrollado en un arco eléctrico. Ésta normalmente comienza cuando se interfiere la conmutación por medio de un impacto mecánico, o un momento eléctrico transitorio, de tal forma que se forma un arco desde el borde de salida de la barra hacia el borde de salida de la escobilla. Una vez que se produce el arco, la resistencia de la columna del arco (plasma) disminuye con el aumento de la corriente y se disipa la energía disponible en el circuito. Con toda la potencia de la máquina disponible, la descarga puede extenderse hasta que ésta alcance la siguiente escobilla, en cuyo momento existe un cortocircuito directo a través del plasma del arco. Esto puede resultar en la destrucción severa de las escobillas, el conmutador y los devanados

CORRIENTE DIRECTA - CC – Corriente que fluye en un circuito en una sola dirección. La dirección de la corriente puede ser invertida a través del proceso de conmutación.

FLUJO – Campo magnético el cual se establece alrededor de un conductor energizado o imán permanente. La densidad del flujo es una medida de la resistencia del campo magnético.

CONMUTADOR – Dispositivo cilíndrico montado sobre el eje de la armadura. Las escobillas del motor se deslizan sobre el borde exterior del conmutador, se conectan y conmutan eléctricamente las bobinas de la armadura a la fuente de poder. ACOPLAMIENTO – Conector mecánico que une el eje del motor con el mando de la transmisión para operar la pala. CORRIENTE – Flujo de una carga eléctrica, medida en amperes.

Página 55

PEAK PERFORMANCE PRACTICES – Motores Eléctricos de CC De Palas para la Minería

INDUCTANCIA – Proceso de variación de la corriente en un circuito eléctrico. La inductancia produce una variación en el campo magnético, provocando tensiones en el mismo circuito o en el circuito adyacente.

COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA (RPC) – Sistema de una pala que ayuda a asegurar un flujo “suave” de la potencia a los motores de la pala desde el transformador principal.

PRUEBA DEL MEGGER – Medición de la resistencia del sistema de aislamiento. La resistencia se prueba normalmente al pasar un voltaje alto a corriente baja, a través de los devanados del motor y al medir la resistencia de varios sistemas de aislamiento. El resultado se mide en megahoms.

MOTORES DE CC EN DERIVACIÓN – Los motores en derivación se usan normalmente donde los requerimientos de carga primarias son para una variación mínima de la velocidad desde plena carga a sin carga y/o caballos de fuerza constantes, con un límite de velocidad ajustable a un potencial constante. Los motores en derivación son apropiados para cargas promedio del par de torsión del arranque.

MICA – Material inorgánico el cual tiene características muy buenas de aislamiento dieléctrico y es usado como aislamiento en aplicaciones de alta tensión o severas. En los motores de CC, la mica se usa en el montaje del conmutador como aislamiento entre las barras del conmutador. P&H ELECTROTORQUE ® PLUS – Sistema de mando digital del motor de CC. FASE – Relación de espacio de los devanados y valores de cambio de los ciclos recurrentes de las tensiones y corrientes de CA. Debido al posicionamiento de los devanados (o la relación de fase), varias tensiones y corrientes no serán similares en todos los aspectos en cualquier momento dado. Cada devanado conducirá o retardará a otro devanado, en posición. Cada tensión conducirá o retardará a otra tensión, en tiempo. Cada corriente conducirá o retardará a otra corriente, en tiempo. El suministro de potencia más común es monofásico o trifásico.

Página 56

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICONA (SCR) – Ver Tiristor. TIRISTOR – Interruptor eléctrico usado para convertir la corriente alterna en corriente continua para ser usada por los motores. También conocido como Rectificador Controlado de Silicona (SCR). TIR – Lectura Total del Indicador. VOLTAJE – La presión o fuerza eléctrica que provoca que una corriente fluya a través de un circuito.

Índice

Aislamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Bobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Ciclo de Trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15, 16 Cojinetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Condiciones Nocivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Conmutación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9, 10, 12 Conmutador Guía de Diagnóstico de Fallas . . . . . . . 34-35 Inspección y mantención . . . . . . . . . . . . . 37 Contaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Control de Motor P&H DC Electrotorque® . . . 26 Devanados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Electrotorque Plus (ver P&H Electrotorque Plus) Entrehierro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Trasero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Escobillas Asentamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Cambio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Grados Opcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Guía de Diagnóstico de Fallas . . . . . . . . . 40 Inspección y Mantención . . . . . . . . . . . . . 40 Mecanismo de Montaje . . . . . . . . . . . . . . 44 Fase de Excavación (ver “ciclo de trabajo”) Fase de Giro (ver “ciclo de trabajo”) Fase de Retorno (ver “ciclo de trabajo”) Fase de Vaciado (ver “ciclo de trabajo”) Flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5, 6, 7 Densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8, 13 Distribución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Frenos Avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Empuje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Giro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Levante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Frenos de Movimiento (ver frenos) Inducción, magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Inductancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Ley de Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Mal uso de parte del Operador . . . . . . . . . . . . 49 Motor Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Enfriamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Lubricación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Requisitos de Funcionamiento Avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Empuje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Giro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Levante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Teoría, Fundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Teoría, Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Tipos (CC) De Excitación Mixta . . . . . . . . . . . . . 14 En Derivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 En Serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Movimientos de la Pala . . . . . . . . . . . . . . . 16, 17 Movimientos, pala (ver movimientos de la pala) Operación Libre de Chispas . . . . . . . . . . . . . . 33 Polo de Conmutación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Reacción de la Armadura . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Régimen de Trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 Selección de Grasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Sistema de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Velocidad y Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 Vibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Página 57

Página 58

¿Sugerencias, Ideas? Es nuestro deseo que usted haya encontrado de ayuda la información presentada en esta guía, pero reconocemos que toda mina tiene sus propios métodos de operación y una simple guía no podrá responder a las necesidades de todas las personas. Sí usted tiene sugerencias, consejos, o técnicas que otras minas podrían encontrar de ayuda para lograr el rendimiento máximo de los motores eléctricos de las palas, estaríamos muy complacidos de considerarlas para ser incluidas en una futura edición. Por favor envíe sus sugerencias vía e-mail a P&H Mining Equipment Motors Group a [email protected], o llámenos al (414) 671-4400.

Confíe todas sus necesidades de Motores Eléctricos para Palas al Mejor Servicio en el Mercado Cuando usted necesita cualquier tipo de ayuda para cubrir sus necesidades respecto al motor eléctrico de la pala, sólo existe un nombre para recordar. Nadie conoce los motores para la minería, ni cómo mantenerlos operando con un rendimiento máximo, tan bien como sus especialistas locales para motores de P&H MinePro® Services. Con más de 100 años de experiencia en el diseño, fabricación, instalación, operación, mantención, reparación y refabricación de motores eléctricos para palas, le ofrecemos un paquete completo de productos y servicios para el manejo total del ciclo de vida de su equipo.

• Partes OEM genuinas • Inspección y análisis del motor • Diagnósticos predictivos • Servicios de mantención • Manejo de la lubricación • Instalaciones dedicadas a la reparación y refabricación de motores eléctricos • Capacitación del Operador y del Personal de Mantención Las oficinas de P&H MinePro Services están ubicadas en todos los centros mineros del mundo, asegurándole una respuesta rápida y confiable con todo el apoyo y la experiencia que usted pueda alguna vez necesitar. Para mayor información, contacte a su representante local de P&H MinePro® Services o llame al 1-888-MINEPRO. Fuera de Estados Unidos y Canadá, fono (414) 671-4400 o fax (414) 671-7785. Visítenos en nuestra página en www.minepro.com.

Nota: Todos los diseños, especificaciones y componentes descritos anteriormente están sujetos a cambio, según criterio exclusivo del fabricante, en cualquier momento y sin previo aviso. Los datos publicados son de carácter informativo y no deben interpretarse como garantía de la idoneidad del producto para ningún propósito en particular, ya que el funcionamiento puede variar de acuerdo a las condiciones encontradas. La única garantía aplicable es nuestra garantía estándar entregada por escrito para este producto. P&H Mining Equipment, P. O. Box 310, Milwaukee, Wisconsin 53201 XS-2321-1S

2FP-1005