Mediciones de multímetro en variadores de velocidad ajustables mediante el nuevo DMM Fluke 87 V

En el pasado, las reparaciones de motores suponían trabajar con las averías típicas del moto trifásico, que en buena medida eran provocadas por el agua, polvo, grasa, problemas con los rodamientos, ejes mal alineados o simplemente la antigüedad. Pero esto ha cambiado enormemente con la introducción de dispositivos para el control electrónico de su velocidad, más conocidos como variadores de velocidad. Estos variadores presentan un conjunto único de problemas de medición que pueden irritar al profesional más experimentado. Gracias a las nuevas tecnologías, por primera vez es posible realizar mediciones eléctricas precisas con un multímetro digital durante la instalación y el mantenimiento de un variador, así como diagnosticar la presencia de componentes defectuosos y otras condiciones que puedan provocar fallas prematuras.

Filosofía de la solución de problemas

Los técnicos utilizan numerosos métodos para solucionar los problemas en un sistema o instalación eléctrica; un buen técnico siempre dará con el problema (con el tiempo). La cuestión es detectarlo rápido y reducir la inactividad al mínimo. El procedimiento más eficaz consiste en comenzar por el motor e ir retrocediendo sistemáticamente hasta la fuente eléctrica, mientras se verifican los problemas más obvios en primer lugar. Se puede desperdiciar mucho tiempo y dinero al momento de reemplazar las piezas en buen estado cuando el problema es simplemente una conexión suelta. A medida que avance, tenga cuidado y realice mediciones precisas de corriente. Nadie realiza mediciones inexactas a propósito, pero es fácil que suceda, especialmente cuando se trabaja en entornos ruidosos (eléctricamente hablando) y de alta energía, como los variadores de velocidad (ASD). Asimismo, es importante trabajar con las herramientas de comprobación adecuadas para solucionar los problemas del variador, el motor y sus conexiones. Esto es especialmente importante y significativo cuando se realizan mediciones de tensión, frecuencia y corriente en la salida del variador del motor. Hasta hoy, no había un multímetro digital en el mercado que fuera capaz de medir los ASD con la precisión necesaria. El nuevo y popular multímetro digital Fluke 87, 87V, incorpora un filtro de paso bajo seleccionable* que permite tomar mediciones precisas en la salida del variador que coincidan con los valores en el indicador de la pantalla del controlador del variador del motor. Ahora, los técnicos ya no tendrán que estimar si el variador funciona correctamente o si suministra la tensión, corriente o frecuencia correctas para un determinado ajuste de control.

Mediciones en el variador

Mediciones en la entrada

Cualquier multímetro de verdadero valor eficaz RMS de buena calidad puede comprobar la potencia de entrada adecuada en un ASD. Las lecturas de tensión de entrada no deben diferir a 1 % entre uno y otro cuando se mida fase a fase sin carga alguna. Un desequilibrio significativo puede producir un funcionamiento erróneo en el motor y debe corregirse tan pronto como sea posible.

Oscilloscope view of a pwm motor drive signal

Mediciones en la salida

En el otro lado, un multímetro de verdadero valor eficaz convencional no puede leer de forma confiable la tensión de salida de un variador de modulación de ancho de pulso (pwm), porque el ASD aplica una tensión con modulación de ancho de pulso y no sinusoidal a las terminales del motor. Técnicamente, se dice que un multímetro digital de verdadero valor eficaz lee el efecto de calentamiento que la tensión no sinusoidal produce en el motor, mientras que la lectura de la tensión de salida en el controlador del motor solo muestra el valor eficaz del componente fundamental (normalmente entre 30 y 60 Hz). Las causas de esta diferencia son el ancho de banda y el filtrado. Muchos de los multímetros digitales de verdadero valor eficaz actuales tienen anchos de banda de hasta 20 kHz o superiores, lo que provoca que respondan no solo al componente fundamental, que es a lo que el motor responde realmente, sino a todos los componentes de alta frecuencia generados por el variador de pwm. Además, si el multímetro digital no está protegido contra el ruido de alta frecuencia, los altos niveles de ruido eléctrico producidos por el controlador del variador hacen que la diferencia en ambas mediciones sean aún más extremas. Esta combinación de ancho de banda y filtrado hace que muchos multímetros de verdadero valor eficaz muestren lecturas entre un 20 % y un 30 % superiores a lo que indica el controlador del variador. El nuevo multímetro Fluke 87V, con el recién integrado filtro de paso bajo seleccionable, permite a los profesionales tomar mediciones exactas de tensión, corriente y frecuencia en la salida del variador, en el variador mismo o en las terminales del motor. Con el filtro seleccionado, las lecturas del 87V para la tensión y la frecuencia (velocidad del motor) deben coincidir con las indicaciones asociadas de la pantalla de control del variador, si están disponibles. El filtro paso bajo también permite realizar medidas de corriente precisas si se utiliza con sondas de corriente de tipo "efecto Hall". Todas estas mediciones son especialmente útiles cuando se realizan en el motor y los indicadores del variador no están a la vista.

Toma de mediciones de manera segura

Antes de realizar alguna medida eléctrica, debe saber cómo realizarlas; pensando en su propia seguridad. Ningún instrumento de medida es completamente seguro si se utiliza de forma incorrecta; muchos instrumentos de medida no son adecuados para realizar pruebas en los variadores de velocidad. Asegúrese también de usar el equipo de protección personal (EPP) adecuado según su entorno y mediciones de trabajo específicos. En la medida de lo posible, no trabaje nunca solo.


Categorías de seguridad para los instrumentos de medida eléctricos

El American National Standards Institute (ANSI) y la International Electrotechnical Commission (IEC) son las principales organizaciones independientes que establecen las normas de seguridad para los fabricantes de equipos de comprobación. La norma IEC 61010 2.ª edición para la seguridad de equipos de comprobación establece dos parámetros básicos: una tensión nominal máxima y una categoría de clasificación de medición. La tensión nominal es la máxima tensión de servicio continua que el instrumento puede medir. Las clasificaciones de las zonas muestran el entorno de medida esperado para una categoría dada. La mayoría de las instalaciones con variadores de velocidad trifásicas se considerarían como un entorno de medida CAT III, con el suministro eléctrico proporcionado por sistemas de distribución de 480V o 600V. Si utiliza un multímetro digital para realizar mediciones en estos sistemas de alta energía, asegúrese de que tenga una categoría mínima de CAT III 600 V y preferentemente también CAT IV 600 V/CAT III 1000 V. La clasificación y el límite de tensión suelen encontrarse en el frontal del instrumento de medida en la zona de los terminales de entrada. El nuevo Fluke 87V tiene doble categoría CAT IV 600 V y CAT III 1000 V. Consulte los ABC de la seguridad* para el multímetro digital de Fluke para conocer la información adicional sobre las especificaciones de categoría y la toma de mediciones con seguridad.

Toma de las mediciones

Ahora pongamos a prueba el nuevo multímetro digital Fluke 87V. Las mediciones en el siguiente procedimiento estás diseñadas para realizarse en un control de variadores trifásico de 480 voltios ubicado en las líneas de la terminal del panel de control, con el uso del 87V. Estos procedimientos también podrían ser válidos para los variadores trifásicos de tensión más baja accionados por tensiones de alimentación trifásicas o monofásicas. Para estas pruebas, el motor funciona a 50 Hz.

Figura 1. Lectura de tensión de salida sin usar el filtro paso bajo.

Tensión de entrada

Para medir la tensión de alimentación de CA en la entrada del variador, realice lo siguiente:

  • Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
  • Conecte la sonda negra a uno de los tres terminales de fase. Esta será la fase de referencia.
  • Conecte la sonda roja a uno de los otros dos terminales de fase y registre la lectura.
  • Manteniendo la sonda negra en la fase de referencia, pase la sonda roja a la entrada de la tercera fase y registre la lectura.
  • Asegúrese de que la diferencia entre estas dos lecturas no supera el 1 %.

Corriente de entrada

La medida de la corriente de entrada suele requerir una sonda de corriente accesoria. En la mayoría de los casos, ya sea si la corriente de entrada excede la corriente máxima medible por la función de corriente de los 87V o si no es conveniente "interrumpir el circuito" para tomar una medición de corriente de serie en línea. Independientemente del tipo de pinza, asegúrese de que la diferencia entre unas lecturas y otras no supera el 10 % para garantizar un equilibrio adecuado.

Pinza de tipo transformador (i200, 80i-400, 80i-600A)

  • Conecte la pinza en los enchufes de entrada de 400 mA y común del 87V.
  • Seleccione la función de mA/A CA.
  • Coloque la sonda de corriente en cada uno de los cables de fase de alimentación de entrada sucesivamente, registrando cada una de las tres lecturas obtenidas. Debido a que estas pinzas producen un miliamperio por cada amperio, las lecturas de miliamperios mostradas en la pantalla del 87V son las lecturas reales de la corriente de fase en amperios.
Figura 2. Lectura de tensión de salida con el filtro de paso bajo activado.

Pinza (i410,i-1010) de tipo efecto Hall (CA/CC)

  • Conecte la pinza en los enchufes de entrada de V/W y común del 87V.
  • Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
  • Pulse el botón amarillo para activar el filtro de paso bajo. Esto permite que el multímetro suprima todo el ruido de alta frecuencia generado por el controlador del variador. Una vez que el filtro de paso bajo esté habilitado, el medidor se establecerá en el modo de rango manual de 600 mV.
  • Coloque la sonda de corriente en cada uno de los cables de fase de alimentación de entrada sucesivamente, registrando cada una de las tres lecturas obtenidas. Debido a que estas pinzas producen un milivoltio por cada amperio, las lecturas de milivoltios mostradas en la pantalla del 87V son las lecturas reales de la corriente de fase en amperios.

Tensión de salida

Figura 3. Frecuencia de salida (velocidad del motor) sin el filtro de paso bajo.

Para medir la tensión de salida CA en el variador o en los terminales del motor:

  • Conecte el conductor de prueba de color negro en el enchufe de entrada y el conductor de prueba de color rojo en el conector de V/W.
  • Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
  • Conecte la sonda de color negro en una de las tres terminales del motor o de tensión de salida de fase. Esta será la fase de referencia.
  • Conecte la sonda de color rojo en una de las otras dos terminales del motor o de tensión de salida de fase.
  • Pulse el botón amarillo para activar el filtro de paso bajo. Registre la lectura.
  • Manteniendo la sonda negra en la fase de referencia, pase la sonda de color rojo a la tercera terminal del motor o de tensión de salida de fase y registre la lectura.
  • Asegúrese de que la diferencia entre estas dos lecturas no supera el 1 % (ver figura 2). Las lecturas también deben coincidir con la pantalla del controlador, o el panel, si está disponible.
  • Si el filtro de paso bajo no está activado, las lecturas de tensión de salida pueden ser de 10 % a 30 % superiores, como en un multímetro digital normal (ver figura 1).

Velocidad del motor (frecuencia de salida con la tensión como referencia)

Para determinar la velocidad del motor, solo tiene que realizar una medida de frecuencia, utilizando la función de filtrado del multímetro. La medida se puede realizar entre dos fases o terminales cualesquiera del motor.

  • Conecte el conductor de prueba de color negro en el enchufe de entrada y el conductor de prueba de color rojo en el conector de V/W.
  • Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
  • Conecte la sonda de color negro en una de las tres terminales del motor o de tensión de salida de fase. Esta será la fase de referencia.
  • Conecte la sonda de color rojo en una de las otras dos terminales del motor o de tensión de salida de fase.
  • Pulse el botón amarillo para activar el filtro de paso bajo.
  • Para seleccionar la medida de frecuencia, pulse el botón Hz. La lectura mostrada en hercios será la velocidad del motor (ver Figura 3). Esta medición no se podría realizar correctamente sin la función de filtro de paso bajo del 87V (ver figura 4).
Figura 4.Frecuencia de salida (velocidad del motor) con el filtro paso bajo.

Corriente de salida

Como con la corriente de entrada, la medición de la corriente de salida suele requerir un accesorio de pinza amperimétrica. Una vez más, independientemente del tipo de pinza, asegúrese de que la diferencia entre unas lecturas y otras no supere el 10 % para garantizar un equilibrio adecuado.

Pinza de tipo transformador (i200, 80i-400, 80i-600A)

  • Conecte la pinza en los enchufes de entrada de 400 mA y común del 87V.
  • Seleccione la función de mA/A CA.
  • Coloque la pinza amperimétrica en cada uno de los cables de fase de salida sucesivamente y registre cada una de las lecturas obtenidas. Debido a que estas pinzas producen un miliamperio por cada amperio, las lecturas de miliamperios mostradas en la pantalla del 87V son las lecturas reales de la corriente de fase en amperios.
Figura 5. Lectura de corriente de salida sin usar el filtro de paso bajo.

Pinza (i410,i-1010) de tipo efecto Hall (CA/CC)

  • Conecte la pinza en los enchufes de entrada de V/W y común del 87V.
  • Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
  • Pulse el botón amarillo para activar el filtro de paso bajo. Esto permite que el multímetro suprima todo el ruido de alta frecuencia generado por el controlador del variador. Una vez que la función de filtro de paso bajo esté activada, el medidor se establecerá en el modo de rango manual de 600 mV.
  • Coloque la pinza amperimétrica en cada cable de fase de salida sucesivamente y registre cada una de las tres lecturas obtenidas (ver figura 6). Debido a que estas pinzas producen un milivoltio por cada amperio, las lecturas de milivoltios mostradas en la pantalla del 87-V son las lecturas reales de la corriente de fase en amperios. Esta medición no se podría realizar correctamente sin la función de filtro de paso bajo del 87V (ver figura 5).

Velocidad del motor (frecuencia de salida con la corriente como referencia)

Para los motores que necesitan al menos 20 amperios de corriente de régimen nominal, la velocidad del motor se puede determinar realizando una medida de la frecuencia con sondas de corriente. Hasta ahora, los problemas relacionados con los ruidos han prevenido la producción de lecturas precisas con el uso de pinzas del tipo de efecto Hall. Aquí se explica cómo es que el filtro de paso bajo lo hace posible.

Velocidad del motor con el uso de una pinza (i410,i-1010) de tipo efecto Hall (CA/CC)

  • Conecte la pinza en los enchufes de entrada de V/W y común del 87V.
  • Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
  • Pulse el botón amarillo para activar el filtro de paso bajo. Esto permite que el multímetro suprima todo el ruido de alta frecuencia generado por el controlador del variador. Una vez que la función de filtro de paso bajo se haya activado, el medidor se establecerá en el modo de rango manual de 600 mV.
  • Coloque la sonda de corriente alrededor de uno de los cables de fase de salida. Compruebe que el 87V obtiene una lectura de corriente de al menos 20 amperios (20 mV en la pantalla).
  • Para seleccionar la medida de frecuencia, pulse el botón Hz. Las lecturas muestran ahora la velocidad del motor como una medida de frecuencia.
Figura 6. Lectura de corriente de salida con el filtro de paso bajo activado.

Velocidad del motor con el uso de una pinza de tipo transformador (i200, 80i-400, 80i-600A)

  • Conecte la pinza en los enchufes de entrada de 400 mA y común del 87V.
  • Seleccione la función de mA/A CA.
  • Coloque la sonda de corriente alrededor de uno de los cables de fase de salida. Compruebe que el 87V obtiene una lectura de corriente de al menos 20 amperios (20 mA en la pantalla).
  • Para seleccionar la medida de frecuencia, pulse el botón Hz. Las lecturas muestran ahora la velocidad del motor como una medida de frecuencia.

Mediciones del bus de CC

Para el funcionamiento correcto de un variador de velocidad es imprescindible que la etapa de CC funcione perfectamente. Si la tensión en esta etapa es incorrecta o inestable, los condensadores o diodos del convertidor pueden comenzar a fallar. La tensión CC debe ser de aproximadamente 1414 veces la tensión de entrada fase a fase. Para una tensión de entrada de 480 voltios, la conexión CC debe ser aproximadamente de 679 VCC. El bus de CC suele etiquetarse como CC+, CC- o B+, B- en la regleta de la terminal del variador. Para medir la tensión de la conexión CC:

  • Seleccione la función de tensión de CC del 87V.
  • Conecte la sonda negra al terminal CC- o B-.
  • Conecte la sonda roja al terminal DC+ o B+.
    La tensión de la conexión debe coincidir con el ejemplo mencionado anteriormente y ser estable. Para comprobar la cantidad de ondulación de CA en el bus, mueva el interruptor de función del 87V a la función de VCA. Algunos variadores pequeños no permiten el acceso externo a la medición del bus de CC sin desmontar el variador. Si no puede acceder al bus de CC, use la función de pico máximo y mínimo en el 87V para medir la tensión del bus de CC mediante la señal de tensión de salida.
  • Conecte el conductor de prueba de color negro en el enchufe de entrada y el conductor de prueba de color rojo en el conector de V/½.
  • Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
  • Conecte la sonda de color negro en una de las tres terminales del motor o de tensión de salida de fase. Esta será la fase de referencia.
  • Conecte la sonda de color rojo en una de las otras dos terminales del motor o de tensión de salida de fase.
  • Pulse el botón MIN MAX.
  • Pulse el botón (Pico mín. máx.).
  • La lectura que aparezca en pico mínimo y máximo será la tensión de la conexión CC.