Prueba técnica · Rotor de polos salientes
Balance de Polos en Generadores Síncronos
Verificación de simetría eléctrica y magnética entre los polos de un rotor de generador síncrono. La prueba inyecta corriente DC controlada al devanado de campo y mide individualmente la caída de tensión de cada polo o par de polos, junto con la impedancia AC bajo excitación de baja frecuencia. Cualquier desviación significativa respecto al valor promedio indica polos con espiras cortocircuitadas, polos abiertos, mal contacto en las conexiones inter-polos o núcleos asimétricos — condiciones que producen armónicos, vibración por excitación magnética desbalanceada y sobrecalentamiento localizado en operación.
Respuesta rápida
¿Qué es la prueba de balance de polos?
La prueba de balance de polos compara la caída de tensión y la impedancia de cada polo de un rotor de generador síncrono para encontrar espiras en corto o conexiones defectuosas. TEMISA Power Gen la realiza en rotores de polos salientes, en sitio o en su taller de Tlajomulco, Jalisco, con referencia a IEEE 115.
Pole Balance Test
ISO 9001:2015Definición técnica
Qué es el balance de polos
Pole Balance Test es la prueba estándar de validación de simetría del rotor de un generador síncrono. Polos eléctricamente iguales son condición necesaria para operación libre de armónicos y vibración: cualquier asimetría en resistencia, impedancia o flujo magnético genera fuerzas desequilibradas que se traducen en sobrecalentamiento, vibración 2× y armónicos en la tensión generada. La prueba se ejecuta polo por polo o por pares simétricos, comparando los valores medidos contra el promedio, contra el historial del activo y contra el criterio de aceptación acordado por escrito en el protocolo.
- Referencia: la comparación entre polos no tiene norma IEEE propia; se ejecuta con protocolo documentado y criterio de aceptación acordado por escrito
- Inyección de corriente DC controlada y trazable al devanado de campo
- Medición individual de caída de tensión por polo y/o impedancia AC por par
- Comparación cuantitativa contra el promedio y el criterio de aceptación del protocolo
- Detección complementaria con la prueba de caída de tensión por polo
- Aplicable en rotores de polos salientes — hidrogeneradores y generadores síncronos lentos
Oportunidad operativa
Cuándo se recomienda el balance de polos
La prueba es de aceptación obligatoria post-intervención y de diagnóstico cuando aparece comportamiento asimétrico en operación.
- Comisionamiento de generador nuevo o reinstalado antes de sincronizar a la red
- Aceptación post-rebobinado de bobinas de campo o reparación de polos individuales
- Diagnóstico de vibración 2× operativo o sobrecalentamiento de un polo específico
- Identificación de origen de armónicos anómalos en la tensión generada
- Aceptación de rotor reparado en taller antes de envío al sitio
- Mantenimiento mayor de generadores síncronos con polos salientes
Valor para el cliente
Qué detecta el balance de polos
El balance de polos diagnostica el conjunto del rotor desde el punto de vista de simetría — algo que la prueba RSO sola no resuelve completamente.
Asimetría magnética entre polos del rotor (diferencias de flujo bajo igual excitación)
Polos con espiras cortocircuitadas — caen menos tensión que el promedio
Polos abiertos o con conexión interrumpida — caída de tensión anómalamente alta
Mal contacto en conexiones inter-polos (uniones soldadas o roscadas degradadas)
Polos con núcleo dañado o desplazado tras evento mecánico severo
Diferencias de resistencia del devanado por degradación térmica localizada
Entregables
Qué entregamos al término de la prueba
Cada prueba se entrega con paquete documental firmado bajo protocolo documentado de comparación entre polos e ISO 9001:2015. Trazabilidad completa por número de orden y firma del ingeniero responsable.
- 1Protocolo firmado con metodología, criterio de aceptación acordado y diagrama de conexiones
- 2Tabla de caída de tensión por polo y desviación porcentual vs promedio
- 3Tabla de impedancia AC por par de polos cuando aplica
- 4Diagrama gráfico de simetría con polos clasificados (apto / observación / falla)
- 5Diagnóstico técnico: rotor simétrico / asimetría tolerable / requiere intervención
- 6Trazabilidad ISO 9001:2015 con número de orden y firma del ingeniero responsable
Ejemplo ilustrativo
No corresponde a un expediente publicado.
Aceptación post-rebobinado de polos en generador síncrono de polos salientes
Comparación entre polos
Método
Criterio acordado
Referencia de aceptación
Corregir y repetir
Opción que se evalúa
En un generador de polos salientes con rebobinado completo del campo, el balance de polos con corriente DC controlada puede aplicarse antes del comisionamiento. Si un polo se desvía del promedio más allá del criterio acordado, una causa posible es una conexión inter-polo con mal contacto; la recomendación habitual es revisar y corregir esa conexión y repetir la prueba antes de liberar el equipo.
Explicación técnica profunda
Qué es la prueba Pole Balance Test y cómo funciona
El balance de polos (Pole Balance Test) es la prueba estándar de validación de simetría eléctrica y magnética del rotor de un generador síncrono. El principio físico es directo: el devanado de campo del rotor genera el flujo magnético rotante que, al cortar las bobinas del estator, induce la fuerza electromotriz (FEM) que se entrega a la red. Para que la FEM resultante sea sinusoidal pura — sin armónicos, sin componentes de secuencia negativa, sin vibración 2× operativo por fuerzas magnéticas desbalanceadas — todos los polos del rotor deben ser eléctrica y magnéticamente idénticos. Cuando un polo difiere del resto por espiras cortocircuitadas, conexión inter-polo degradada, núcleo dañado o resistencia anómala por envejecimiento térmico, su contribución al flujo total es asimétrica. La onda de flujo deja de tener simetría rotacional perfecta y aparecen armónicos pares (2ª, 4ª, 6ª) en la FEM generada, fuerzas magnéticas desbalanceadas que producen vibración 2× operativo, y sobrecalentamiento localizado en el polo afectado por la corriente que circula por las espiras en cortocircuito. La prueba detecta esa condición antes de comisionar o tras cualquier intervención mayor del rotor. La modalidad de referencia inyecta corriente DC controlada al devanado de campo completo y mide individualmente la caída de tensión sobre cada polo o par de polos. Si todos los polos son eléctricamente iguales, las caídas son simétricas dentro del criterio de aceptación acordado por escrito en el protocolo. Cualquier polo con desviación significativa indica defecto que requiere caracterización: corto entre espiras (caída menor que el promedio) o mal contacto inter-polo (caída mayor que el promedio). La prueba se complementa obligadamente con RSO y, cuando es necesario, con medición AC de impedancia compleja por par. Aplica primariamente a rotores de polos salientes — hidrogeneradores y generadores síncronos lentos — donde la geometría discreta de los polos hace la medición directa. En rotores cilíndricos de turbogeneradores la prueba se adapta a bobinas del campo distribuido.
Variantes / modos
Variantes del balance de polos
Balance de polos DC polo por polo (modalidad de referencia)
Modalidad de referencia. Inyección DC al devanado completo, medición individual de la caída de tensión sobre cada polo. Resolución máxima — identifica polo afectado con precisión cuantitativa.
Cuándo: Aceptación post-rebobinado, comisionamiento, diagnóstico fino con sospecha de polo específico.
Balance por pares simétricos (polos diametralmente opuestos)
Inyección DC y medición de pares de polos opuestos comparados directamente entre sí. Cancela efectos sistemáticos comunes (calentamiento global, fuente). Más rápido que polo por polo.
Cuándo: Diagnóstico rutinario y mantenimiento mayor cuando no hay sospecha de defecto específico.
Balance AC con impedancia compleja por par
Modalidad con fuente AC de baja frecuencia (1–10 Hz). Mide impedancia compleja (resistencia + reactancia) por par de polos. Mayor sensibilidad a cortos parciales entre espiras que solo se manifiestan bajo régimen AC.
Cuándo: Diagnóstico fino post-rebobinado, sospecha de cortos parciales no detectados por DC, validación final de polos críticos.
Balance con DC injection desde sistema de excitación instalado
Variante que aprovecha el sistema de excitación del generador como fuente DC — sin equipo externo adicional. Práctica para mantenimiento de rutina cuando el sistema de excitación está disponible y operativo.
Cuándo: Mantenimiento de rutina, diagnóstico rápido sin desplazamiento de equipo externo.
Balance complementado con RSO + caída de tensión por polo
Secuencia integrada: RSO como cribado AC, balance de polos por DC, caída de tensión por polo para localización. Las tres pruebas en conjunto dan diagnóstico definitivo del rotor.
Cuándo: Aceptación formal post-rebobinado de polos salientes, comisionamiento de generadores nuevos, diagnóstico de activos críticos.
Balance adaptado a rotores cilíndricos (turbogeneradores)
Variante para rotores de polos lisos — el campo es distribuido y no hay polos discretos. La prueba se adapta midiendo caída de tensión por bobinas del campo distribuido en lugar de polos. La metodología se mantiene; los puntos de medición se ajustan al diseño del rotor.
Cuándo: Turbogeneradores 3,000–3,600 rpm con sospecha de defecto en bobinas del campo distribuido.
Comparativa técnica
Balance de Polos vs RSO — diagnóstico complementario del rotor
Balance de polos y RSO son las dos herramientas estándar de diagnóstico del rotor. Atacan modos de falla complementarios y se aplican en conjunto en aceptación post-rebobinado.
| Criterio | Balance de Polos | RSO — Repetitive Surge Oscillograph |
|---|---|---|
| Tipo de excitación aplicada | Corriente DC controlada al devanado completo | Pulsos AC de impulso repetitivos en ambos extremos del devanado |
| Resolución espacial del diagnóstico | Polo por polo — identifica exactamente qué polo está afectado | Global — identifica que hay asimetría en el devanado, no qué polo específico |
| Sensibilidad a cortos parciales incipientes | Moderada en modalidad DC; alta en modalidad AC con impedancia compleja | Alta — detecta asimetría sutil incluso en cortos parciales por análisis de onda |
| Aplicabilidad a rotores cilíndricos vs polos salientes | Primariamente polos salientes; adaptable a polos lisos con bobinas del campo distribuido | Aplicable a ambos por igual |
| Detección de mal contacto inter-polo (no espiras) | Sí — caída de tensión anómalamente alta señala mal contacto | Limitada — el RSO se enfoca en cortos entre espiras |
| Tiempo de ejecución típico | 6–10 horas dependiendo del número de polos | 4–8 horas para setup, inyección y análisis |
| Modalidad dinámica disponible | Limitada — primariamente con rotor en reposo | Sí — RSO en giro detecta cortos centrífugos |
| Cuándo aplicar | Aceptación post-rebobinado, comisionamiento, diagnóstico de armónicos y vibración 2× | Cribado predictivo, diagnóstico de cortos entre espiras, post-evento eléctrico severo |
Proceso técnico
Proceso de ejecución del balance de polos
1. Preparación, permisos y aterrizajes
Coordinación de la ventana de paro. Bloqueo eléctrico del sistema de excitación, prueba de ausencia de tensión, aterrizaje temporal del devanado de campo. Levantamiento de escobillas y limpieza de slip rings con paño no abrasivo.
2. Verificación previa con Megger e índice de polarización
Aplicación de Megger DC bajo IEEE 43 al devanado de campo completo — medición de resistencia de aislamiento e índice de polarización. PI < 2.0 indica humedad o contaminación que afectaría la prueba; se documenta y se atiende antes del balance.
3. Conexión de la fuente DC y puntos de medición
Conexión de la fuente DC calibrada a los slip rings del rotor. Instalación de cables de medición intermedios entre polos — los puntos de medición se definen en plano según el diseño del rotor. Verificación de continuidad y aislamiento entre fuentes y mediciones.
4. Inyección controlada y medición polo por polo
Inyección de corriente DC al régimen calculado (típicamente 25–50% de la corriente nominal de campo para no calentar excesivamente). Medición individual de la caída de tensión sobre cada polo con multímetro de precisión calibrado. Registro digital sincronizado.
5. Cálculo de simetría y comparación contra tolerancia
Cálculo del promedio de caídas, desviación de cada polo en valor absoluto y porcentual respecto al promedio. Comparación contra el criterio de aceptación acordado en el protocolo y contra el historial del activo.
6. Pruebas complementarias si la asimetría es sospechosa
Si la asimetría supera tolerancia, ejecutamos balance AC con impedancia por par, RSO al devanado completo y termografía sobre los polos para correlacionar — la triangulación define el modo de falla.
7. Reporte técnico y plan de acción con cliente
Protocolo firmado con metodología, criterio de aceptación acordado, tabla de simetría, gráfico de desviación por polo, diagnóstico (apto / asimetría tolerable / requiere intervención) y recomendación. Trazabilidad ISO 9001:2015 con número de orden y firma del ingeniero responsable.
Instrumentación calibrada
Instrumentos usados en el balance de polos
Fuente DC regulada de campo
Fuente DC programable con control de corriente y medición trazable (típicamente hasta 100 A DC)
Inyección controlada de corriente DC al devanado de campo del rotor para el balance polo por polo.
Multímetro de precisión
Fluke 8845A / 8846A (6.5 dígitos) / Keysight 34465A
Medición individual de la caída de tensión sobre cada polo con resolución suficiente para detectar desviaciones del 1–2%.
Megger / Multímetro de aislamiento
Megger MIT515 / MIT525 (5 kV)
Verificación previa de la resistencia de aislamiento del devanado de campo bajo IEEE 43 antes del balance.
Pinza amperimétrica DC de precisión
Fluke 376 FC / Fluke i410
Verificación independiente de la corriente DC inyectada — referencia cruzada con el shunt de la fuente.
Cámara termográfica
FLIR T865 / T1020 (cámara termográfica industrial)
Termografía complementaria sobre los polos durante la prueba — un polo cortocircuitado se calienta más que el resto y la termografía lo correlaciona con la asimetría eléctrica.
Datalogger multicanal
Datalogger con registro sincronizado de tensión y corriente vs tiempo
Registro digital de toda la sesión de balance para trazabilidad y análisis posterior.
Equipo auxiliar RSO
Generador de pulsos RSO + osciloscopio de 2 canales
Prueba complementaria de RSO sobre el devanado completo para correlación con los hallazgos del balance.
Software de análisis y reporte
Software propietario de la fuente DC o análisis externo en Excel/LabVIEW
Cálculo del promedio y desviación porcentual, gráfico de simetría y generación del protocolo documental.
Marco normativo
Normas técnicas aplicadas en el balance de polos
IEEE Std 115-2019
Test Procedures for Synchronous Machines. Procedimientos de prueba de aceptación y desempeño de máquinas síncronas; referencia general del programa de pruebas del generador. No define la comparación entre polos ni sus umbrales, que se fijan en el protocolo acordado.
IEEE Std C50.12-2014
Standard for Salient-Pole 50 Hz and 60 Hz Synchronous Generators and Generator/Motors. Estándar específico para generadores de polos salientes — el sustrato técnico al que el balance de polos aplica primariamente.
IEC 60034-4
Rotating Electrical Machines — Methods for determining synchronous machine quantities from tests. Marco internacional equivalente para pruebas de máquinas síncronas incluyendo simetría del rotor.
IEC 60034-1
Rotating Electrical Machines — Part 1: Rating and Performance. Define los regímenes nominales contra los cuales se interpreta la corriente de inyección y la condición del campo.
ISO 9001:2015
Sistema de Gestión de Calidad. Trazabilidad documental por orden de servicio — requisito para auditorías de operadores CFE, mineros e industriales.
FAQ
Preguntas frecuentes — Balance de Polos en Generadores Síncronos
Preguntas que recibimos con frecuencia. ¿No encuentras la tuya? Escríbenos a ventas@temisapowergen.mx.
¿Cuál es la diferencia entre balance de polos y la prueba RSO?
RSO inyecta pulsos de impulso AC repetitivos en ambos extremos del devanado de campo completo y detecta cortos entre espiras por asimetría de la respuesta de onda. Balance de polos inyecta corriente DC y mide la caída de tensión polo por polo bajo el mismo régimen — detecta diferencias entre polos del rotor. RSO es excelente para diagnóstico fino de espiras; balance de polos es excelente para validar simetría global del rotor. Las dos juntas dan diagnóstico definitivo.
¿Se puede hacer balance de polos sin desmontar el rotor?
Sí. La prueba se aplica con el rotor montado, conectando la fuente DC en los slip rings o terminales de campo accesibles. No requiere desmontaje completo del rotor, lo que la hace ideal para mantenimiento mayor con ventana corta.
¿Aplica balance de polos a rotores de polos lisos (turbogeneradores)?
El balance de polos es más característico de rotores de polos salientes — hidrogeneradores y generadores síncronos lentos. En rotores de polos lisos (turbogeneradores 3,600 rpm), la prueba equivalente se enfoca en la simetría de las bobinas del campo distribuido, complementada con RSO y caída de tensión por bobina. Adaptamos la metodología al tipo de rotor.
¿Cuánto tarda un balance de polos completo?
Entre 6 y 10 horas en sitio para preparación, inyección controlada y registro de caída de tensión polo por polo, dependiendo del número de polos. La entrega del protocolo documental con tabla de simetría se hace en 5–7 días hábiles tras la prueba.
¿Qué tolerancia de asimetría es aceptable entre polos?
No hay un umbral normativo único: se compara cada polo contra el promedio del rotor y contra mediciones anteriores del mismo activo. El criterio de aceptación y la acción correctiva (corrección de conexiones, reparación de polos o rebobinado parcial) se fijan en el protocolo acordado, según la criticidad del equipo.
¿Qué pasa si el balance de polos detecta asimetría fuera del criterio acordado?
Documentamos el polo desviado y su magnitud con evidencia cuantitativa. Si la causa es contacto eléctrico degradado (frecuente), proponemos rehacer conexiones y repetir la prueba. Si la causa es daño en el devanado del polo, evaluamos rebobinado del polo específico o del campo completo. La decisión la toma el cliente con la tabla de simetría en mano.
¿Por qué la asimetría entre polos produce armónicos en la tensión generada?
El bobinado de campo genera el flujo magnético rotante que induce la fuerza electromotriz (FEM) en las bobinas del estator. Si todos los polos son eléctricamente y magnéticamente iguales, ese flujo es una onda perfectamente periódica con simetría rotacional — la FEM resultante es sinusoidal pura. Cuando un polo tiene espiras cortocircuitadas, su flujo es menor que el de los polos adyacentes: la onda de flujo deja de ser periódica simétrica y aparecen armónicos pares (2ª, 4ª, 6ª armónica de la frecuencia eléctrica) que la FFT espectral del voltaje generado revela. Esa firma de armónicos pares es diagnóstica de asimetría de polos y guía la decisión de aplicar balance de polos como verificación.
¿Cómo se distingue entre asimetría por corto entre espiras vs por mal contacto en conexión inter-polo?
Por la dirección de la desviación. Un polo con espiras cortocircuitadas presenta resistencia efectiva menor que el promedio — la caída de tensión es menor de lo esperado (típicamente 3–10% por debajo). Un polo con mal contacto en su conexión inter-polo (unión soldada degradada, terminal con corrosión, tornillo flojo) presenta resistencia anómalamente alta — la caída de tensión es mayor de lo esperado. La dirección y magnitud de la desviación, junto con análisis complementario por RSO y termografía, permite distinguir y guiar la intervención.
¿La prueba se puede ejecutar con AC en lugar de DC para más sensibilidad?
Sí. La modalidad AC mide impedancia compleja por par de polos en lugar de solo resistencia DC — es más sensible a cortos parciales entre espiras porque la inductancia varía con la integridad del bobinado. La modalidad AC se aplica con fuente de baja frecuencia (típicamente 1–10 Hz para minimizar acoplamientos parásitos) y requiere instrumentación más sofisticada. En aceptación post-rebobinado de polos críticos aplicamos ambas modalidades — DC para asimetría global, AC para sensibilidad fina por par.
¿El balance de polos se ejecuta polo por polo o por pares simétricos?
Ambas modalidades son válidas. Polo por polo provee resolución máxima — cada polo se mide individualmente y se compara contra el promedio. Por pares simétricos (polos diametralmente opuestos) provee comparación directa que cancela efectos sistemáticos comunes y es más rápida. En aceptación post-rebobinado preferimos polo por polo para tener resolución máxima; en diagnóstico de rutina por par simétrico es suficiente.
¿Cómo se complementa el balance de polos con el RSO en el diagnóstico definitivo del rotor?
Son las dos herramientas estándar para el rotor y atacan modos de falla distintos. RSO inyecta pulsos AC repetitivos y detecta asimetría global del devanado por análisis de ondas viajeras — excelente como cribado rápido. Balance de polos inyecta DC y mide caída de tensión polo por polo — excelente para localización polo a polo. RSO te dice si hay un problema en el rotor; balance de polos te dice cuál polo y cuánto. En aceptación post-rebobinado de generadores de polos salientes aplicamos ambas obligadamente.
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