La presente tesis cuenta con dos objetivos. Por una parte introducir y validar un método de análisis de corrientes estatóricas para el diagnóstico de máquinas de inducción conectadas a la red que operan en estado transitorio, basado en el uso de filtros de rechazo de frecuencia en combinación con la distribución de Wigner-Ville, con especial interés en su aplicación para la detección incipiente de defectos.

El segundo objetivo consiste en replicar de la manera más fidedigna posible el proceso de rotura de una barra en el rótor de un motor de inducción. Para ello se ha diseñado un ensayo encaminado a provocar dicha avería sometiendo un motor a fatiga. Con este objetivo se ha construido un banco de pruebas y emplazado los sensores necesarios, así como un sistema de recogida de datos de manera automatizada. Adicionalmente, se ha diseñado los programas de procesamiento de los mismos, también para ser llevado a cabo de la manera lo más desatendida posible.
 
Con el fin de comprobar la novedad del método y de fundamentar el entorno teórico en el que se desarrolla, se realiza una presentación del estado del arte, que engloba tanto a los motores de inducción de jaula –comerciales y ciertos modelos experimentales– y sus averías, como los métodos de análisis de la señal, especialmente durante transitorios.

A continuación, se introduce la técnica de diagnosis propuesta basada en el uso de la distribución de Wigner-Ville, su desarrollo desde la transformada Wavelet discreta, su evolución mediante la aplicación de filtros IIR (Infinite Impulse Response), y su perfeccionamiento mediante filtros FIR (Finite Impulse Response). Esta técnica suministra un diagrama en tiempo-frecuencia sin discontinuidades capaz de reflejar una mayor cantidad de información comparada con otras técnicas, con lo que facilita la identificación de la falta, pues es posible seguir la evolución en dos dimensiones de los componentes de fallo durante los transitorios de la máquina, tanto de bajas frecuencias, tradicionalmente usados con este objetivo, como los de altas frecuencias, introducidos aquí como novedad. Asimismo se incluye un método de cuantificación basado en el cálculo de la frecuencia instantánea.
La validación del método propuesto se realiza en dos partes, en primer lugar se analizan corrientes estatóricas simuladas de tres tipos de motores de inducción, en diferentes estados y condiciones de operación. Cuatro métodos de simulación son empleados para obtener dichas corrientes, dos de ellos analíticos, ideados por el grupo de investigación y que han dado lugar a un desarrollo también presentado en esta tesis; y otros dos mediante elementos finitos.

A continuación, la validación del método propuesto se amplía con el análisis de corrientes estatóricas de motores de jaula de ardilla reales, estudiándose los principales defectos de este tipo de máquinas. Tras ello, la parte experimental prosigue con el análisis del ensayo de rotura de barra por fatiga, donde se ha conseguido reproducir de la manera más fidedigna posible la evolución de esta avería. Diversos métodos de diagnóstico basados en diferentes técnicas de análisis de la señal se emplean en el estudio de las correspondientes corrientes estatóricas para comprobar su bondad a la hora de seguir la progresión del defecto. Este ensayo se ha ampliado con el diseño y construcción de un motor invertido, esto es, un motor de rótor bobinado con la jaula de ardilla montada sobre el estátor, así como el sistema de captación de datos necesario para su monitorización, que suministra información adicional respecto al proceso de rotura de barras.

Las principales conclusiones de esta tesis son:

- La validación un método de diagnóstico mediante la distribución de Wigner-Ville basado en el estudio del transitorio de motores de inducción conectados directamente a la red capaz de detectar todos los fallos que sufren este tipo de equipos.

- La validación de un método de cuantificación de defectos basado en el cálculo de la frecuencia instantánea.

- La reproducción en las condiciones más realistas posibles del proceso de rotura de una barra, así como el procedimiento para realizarlo, y la recopilación de una base de datos con 82.265 ciclos de operación durante este ensayo.