Cómo solucionar problemas en motores y variadores, a partir de las entradas

Empiece por las entradas; asegúrese de que los motores y el sistema de variación que presenten problemas reciban la energía de alta calidad que necesitan y no afecten negativamente la calidad de los equipos anteriores

Aquí analizamos en más detalle el primer segmento en un motor trifásico típico y un sistema de variación: desde el suministro eléctrico en la entrada del variador hacia el propio variador, concentrándose en las mediciones de la entrada. Esta nota de aplicación relaciona los problemas comunes a las mediciones utilizadas para diagnosticar los mismos . Le mostraremos qué herramientas usar en una situación determinada y cómo aplicarlas en un problema, a modo que le permitan solucionar problemas de manera más rápida y precisa.

Aquí tenemos los bloques diferentes en un sistema de variación típico de motor trifásico (figura 1):

  • Primero, la entrada del variador es la energía de CA que entra al controlador desde la alimentación eléctrica.
  • Segundo, el variador y su salida, donde el convertidor de CA a CC, el filtro de CC y el inversor de CC a CA proporcionan la energía trifásica al motor.
  • Por último, el motor y el propio tren de transmisión.
Figura 1. Motor trifásico y sistema de variación y problemas comunes.
Figura 1. Motor trifásico y sistema de variación y problemas comunes.

Note que este artículo habla sobre la solución de problemas en motores trifásicos y variadores. El contenido que aquí aparece no se aplica adecuadamente a los motores trifásicos.

Introducción a las mediciones de entrada

Si se solucionan problemas en un sistema tan complejo como un motor y un variador, algunas veces se dificulta saber dónde iniciar. Mediante la comprobación en primer lugar de la tensión de suministro, la corriente y la frecuencia, podrá descartar problemas que podrían afectar a los circuitos del disyuntor o del variador del motor. De este modo, puede ahorrar tiempo y resolver problemas de una forma más rápida. Además, mediante la identificación de estados de tensión excesiva o insuficiente, puede evitar disparos accidentales de los circuitos de protección contra fallas del variador y posibles daños en el propio variador del motor.

Puede realizar mediciones de la entrada en un número de ubicaciones. La Figura 2 muestra puntos diferentes de entrada que van desde la entrada principal de servicio al subpanel o del interruptor de desconexión a la entrada de energía en el variador. Potencialmente, cada uno de dichos puntos de medición podría proporcionar resultados diferentes, ya que los puntos de medición se podrían ver afectados por otras cargas presentes en los circuitos.

Figura 2.
Figura 2.

Hay tres razones para realizar las mediciones de la entrada:

  • Para establecer que hay suficiente capacidad para suministrar energía al motor y al sistema de variación.
  • Para establecer que la energía es de calidad adecuada.
  • Para asegurarse de que la carga del variador no afecta de manera negativa la calidad de la energía en el sistema en general. Por ejemplo, para verificar que el variador del motor no genera armónicos o produce caídas que podrían alterar otras operaciones.

Debe comenzar sus iniciativas de diagnóstico en la entrada del variador del motor, ya que la tensión, la corriente y la frecuencia de la electricidad que dan energía a un sistema de velocidad variable del motor pueden afectar su funcionamiento a corto plazo, y su longevidad y confiabilidad a largo plazo.

¿Qué son la tensión nominal, la corriente y la frecuencia?

La tensión de alimentación, la corriente y la frecuencia nominales son las tres principales mediciones de la tensión suministrada al variador de velocidad en condiciones normales de funcionamiento. De modo general, "nominal" significa "designado". Entonces, la tensión nominal es la tensión designada (o especificada) de una pieza de equipos eléctricos. En otras palabras, la tensión que se designa al dispositivo para que este funcione. Los valores reales pueden variar en comparación con los valores nominales. Estos proporcionan una base para realizar la comparación con las mediciones que realice.

Figura 3.
Figura 3.

Empezando en la entrada del variador del motor, mida la tensión, la corriente y la frecuencia, y después compare sus mediciones con los valores nominales. (Los valores nominales son valores esperados: por ejemplo, 480 voltios para una línea de 480 voltios, la corriente incluida en la placa del fabricante del motor y una frecuencia de 50 o 60 Hz, dependiendo de su configuración regional).

Puede realizar estas mediciones con un multímetro digital y una pinza amperimétrica, justo como lo haría en un circuito monofásico, pero realizar las mediciones con un analizador trifásico de calidad de energía hace que el trabajo sea más fácil (Figura 4). La medición de tres fases al mismo tiempo también puede revelar las interacciones entre las fases, las cuales no se pueden apreciar con mediciones monofásicas. Asegúrese de conectar correctamente el analizador de calidad de energía según el tipo de circuito (estrella o triángulo).

Figura 4. Con el uso de un analizador de calidad de energía conectado a la entrada del variador, mida en primer lugar la entrada del mismo variador. A continuación, si es necesario, mida la entrada de servicio.
Figura 4. Con el uso de un analizador de calidad de energía conectado a la entrada del variador, mida en primer lugar la entrada del mismo variador. A continuación, si es necesario, mida la entrada de servicio.

La cantidad de desviación a partir del valor nominal que se considera aceptable varía según la configuración regional, pero por regla general:

  • La tensión debe estar a más o menos del 10 por ciento del valor nominal.
  • La corriente nunca debe exceder las especificaciones de la placa del fabricante en cuanto a la carga.
  • La frecuencia debe estar dentro de 0.5 Hz con respecto al valor nominal.

Evaluación de las mediciones

  • Si la tensión es muy alta de manera consistente, consulte a la empresa de electricidad (Figura 5).
  • Si la tensión es muy baja, compruebe si el circuito local está sobrecargado. Realice esto mediante la comparación de las mediciones actuales con las especificaciones del disyuntor. Si la corriente que se midió se encuentra debajo del rango del disyuntor, compruebe el tamaño del cable que alimenta al variador para asegurarse de que se ajusta a los requisitos del NEC.
  • Si sus mediciones de tensión se encuentran dentro de un rango aceptable y el circuito parece estar configurado correctamente, pero aún hay problemas como el reinicio del variador del motor o la apertura de los disyuntores, es posible que hayan problemas intermitentes con la fuente de alimentación. Para detectar problemas que se dan durante un periodo de tiempo más largo que sus mediciones iniciales, use su analizador de calidad de energía o un registrador de calidad de energía para anotar cualquier perturbación de la calidad de la energía en el circuito durante un periodo de tiempo más largo o hasta que se produzca el siguiente falla.
  • Si todas las mediciones de tensión de alimentación, corriente y frecuencia están dentro de un rango aceptable, compruebe si existe un desequilibrio de corriente y de tensión.
Figura 5. Una medición de más del 10 por ciento fuera del rango implica que hay un problema potencial en la tensión de alimentación durante el periodo de medición. Puede fijar un analizador de calidad de energía para la solución de problemas a largo plazo.
Figura 5. Una medición de más del 10 por ciento fuera del rango implica que hay un problema potencial en la tensión de alimentación durante el periodo de medición. Puede fijar un analizador de calidad de energía para la solución de problemas a largo plazo.

Desequilibrio de tensión y corriente

Idealmente, la tensión que mide en cada fase de un sistema trifásico debe ser la misma. Esto también aplica para las mediciones de corriente. Debido a que el desequilibrio de tensión o corriente puede causar un tiempo de inactividad o daños en un variador del motor; aprender cómo interpretar estas mediciones es algo importante (Figura 6).

Figura 6. El desequilibrio se produce cuando las tensiones o corriente trifásicas difieren en magnitud. De dos a tres por ciento de desequilibrio de tensión tiene el potencial de generar un problema en el variador.
Figura 6. El desequilibrio se produce cuando las tensiones o corriente trifásicas difieren en magnitud. De dos a tres por ciento de desequilibrio de tensión tiene el potencial de generar un problema en el variador.

La expresión de la cantidad de desequilibrio de tensión o corriente como porcentaje le permite describir la gravedad del problema de manera sencilla y rápida con una cifra única. Para obtener el porcentaje de desequilibrio, divida la desviación más grande medida en una fase entre el promedio de tres fases y multiplique por 100. Por ejemplo, si obtuvo la medición de 480 V, 485 V y 490 V, la tensión promedio es de 485 voltios y la desviación más grande es de 5 voltios. Cinco voltios divididos entre 485 voltios da a 0.01; esto arroja 1 por ciento de desequilibrio de tensión cuando se multiplica por 100.

Un desequilibrio de tensión tan pequeño como de 2 % en la entrada de un variador del motor puede causar alteraciones en la tensión y un flujo de corriente excesivo que se dirija al motor en una o varias fases. El desequilibrio de tensión también puede provocar el accionamiento del sistema de protección contra fallas por sobrecarga de corriente del variador del motor.

El desequilibrio de corriente es una medición de la diferencia en la corriente consumida por un motor en cada fase de un sistema trifásico. La corrección del desequilibrio de corriente ayuda a prevenir el sobrecalentamiento y el deterioro del aislamiento en el devanado del motor. El consumo en cada fase debe ser igual o cercano al mismo. Una causa del desequilibrio de corriente es el desequilibrio en la tensión, lo que puede generar un desequilibrio de corriente fuera de proporción con respecto al mismo desequilibrio de tensión. Cuando se produce un desequilibrio de corriente en ausencia de un desequilibrio de tensión, compruebe si hay otra causa que genere el desequilibrio de corriente, por ejemplo, el aislamiento defectuoso o un cortocircuito en las fases a tierra. El desequilibrio de corriente se calcula de la misma forma que el desequilibrio de tensión. Es 100 veces la variación máxima de corriente del promedio dividida entre la corriente promedio de las tres fases. Entonces, si la corriente medida es de 30 amperios, 35 amperios y 30 amperios, el promedio es de 31.7 amperios y el desequilibrio de corriente es de

[(35 - 31.7) x 100] ÷ 31.7 = 10.4 %

El desequilibrio de corriente de los motores trifásicos no debe superar el 10 %.

Una alta corriente neutral puede indicar un desequilibrio. La corriente desequilibrada se transmitirá por los conductores de neutro en los sistemas trifásicos en estrella.

Armónicos

La frecuencia de 50 o 60 Hz de la tensión suministrada por la empresa eléctrica se denomina frecuencia fundamental. En un mundo ideal, la frecuencia fundamental es la única que está presente. Desafortunadamente, algunas cargas eléctricas (como en computadoras, controles, variadores y sistemas de iluminación de ahorra eléctrico) pueden hacer que aparezcan otras frecuencias en sus mediciones. Dichas frecuencias, que son múltiplos de la frecuencia fundamental (entonces, 120 Hz, 180 Hz, etcétera, para una frecuencia fundamental de 60 Hz), se denominan armónicos.

La energía en la entrada de servicio de su empresa eléctrica usualmente será baja en frecuencias armónicas (a menos que haya infiltración en las líneas de energía desde una empresa eléctrica cercana). Dentro de su empresa eléctrica, sin embargo, las frecuencias armónicas pueden ser más altas si se presentan bastantes dispositivos generadores de frecuencias armónicas en la misma empresa.

Aunque los variadores del motor pueden verse afectados por las frecuencias armónicas, por lo general estas son la fuente de armónicos que afectan a otros dispositivos en la empresa eléctrica. Si detecta niveles significativos de armónicos en sus mediciones del variador, es posible que necesite considerar la incorporación del filtrado para bloquear dichos armónicos.

Transitorios

En el hogar o en el trabajo, use el detector de tensión sin contacto Fluke 2AC para determinar de manera segura si el conductor de tensión de CA está activo.

Los transitorios son, como el nombre lo sugiere, eventos breves (menor a un medio ciclo, de manera que menor que la 1/120ª parte de un segundo en un sistema de 60 Hz) en la línea de CA. Muchas personas asocian los transitorios con factores externos, como la sobretensión por rayos, pero estos también originarse desde un sistema o edificio. Detectar los transitorios, solucionar sus problemas y tratarlos son tareas importantes porque estos pueden dañar los motores y otras piezas de los circuitos de los motores.

La solución de problemas en los transitorios requiere del uso de una herramienta de prueba con una tasa de "captura" de fallas, como un analizador de calidad de energía eléctrica o un osciloscopio portátil ScopeMeter®. Para obtener más información sobre la detección de transitorios, consulte "Seis formas de reducir los costos con un analizador de calidad eléctrica Fluke 434".

Ventajas del diagnóstico

Mediante la comprobación en primer lugar de la tensión de alimentación, la corriente y la frecuencia, puede descartar problemas que podrían afectar a los circuitos del disyuntor o del variador de velocidad. Esto le puede ahorrar tiempo y conducir a una solución de problemas más rápida. Además, mediante la identificación de estados de tensión excesiva o insuficiente, puede evitar disparos accidentales de los circuitos de protección contra fallas del variador y posibles daños en el propio variador del motor.