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Más allá del multímetro, parte 1: solución de problemas en un variador de frecuencia con un multímetro y un osciloscopio

El multímetro digital es el pilar de la solución de problemas eléctricos y la herramienta a la que todos recurrimos al principio. En Más allá del multímetro, veremos cinco ejemplos de cómo solucionar problemas de una manera más rápida, sencilla y efectiva empleando un osciloscopio.

La parte 1 consiste en solucionar un problema en un variador de frecuencia (VFD).

¿Qué le ocurre al VFD?

El correcto funcionamiento de muchos procesos industriales requiere mantener los variadores de velocidad en buen estado. Al aparecer un indicador de error, indicará un problema que hay que diagnosticar y arreglar rápidamente.

En este ejemplo, un indicador de error aparece en el variador de velocidad de un sistema importante. Según el variador de frecuencia, el código de error es "F4". El código se comprueba para ver que significa que el variador ha detectado una situación de "tensión baja". El variador se ha apagado.

¿La falla se encuentra en el variador, en el motor o en una tensión eléctrica irregular?

Solución de problemas con un multímetro

Verifique la tensión de la línea de entrada

Figura 1.Medición del voltaje de línea en la entrada con un unidad modulada de ancho de pulso. La tensión parece ser normal.
Figura 2.El nivel de tensión CC del bus es menor que el valor nominal, lo que indica la presencia de un problema potencial.
  • Un multímetro típico mostrará valores promedios o medidas cuadráticas (rms) de tensión (figura 1)
  • Dependiendo del tipo de distorsión, los valores mostrados en el multímetro pueden no revelar la presencia de un problema.

Con un multímetro digital puede revisar la tensión de entrada de la línea pero, según la distorsión, una sola lectura de tensión podría no revelar si existe alguna falla. Fallas de ruido, de distorsión y de transitorios simplemente podrían no ser detectables con un multímetro.

Compruebe la tensión CC del bus del VFD

  • ¿La tensión CC del bus es directamente proporcional al pico de la tensión de la línea de entrada?
  • Compruebe cualquier distorsión o error en el pico de amplitud de la línea de tensión que pueda causar un error de tensión alta o baja (la tensión CC del bus de la unidad de la figura 2 está aproximadamente un 20 % por debajo del valor nominal de 160 V).

En este ejemplo, al revisar la tensión del bus de CC de la unidad, se ve que es un 20 % más baja que el valor nominal. Eso es un problema. ¿Pero se cambia el controlador, el motor o ambos? Se precisa más información.

Solución de problemas con un osciloscopio

Figura 3.El osciloscopio muestra cómo la onda de la línea de entrada presenta un recorte de sus crestas
Figura 4.Onda sinusoidal ideal de la tensión de línea

Verifique la tensión de la línea de entrada

  • Conecte un osciloscopio digital a fase y el cable a tierra a neutro
  • En este ejemplo, la forma de onda revela picos de onda sinusoidal más redondeados de lo normal, teniendo casi una forma plana (figura 3).
  • Las formas de ondas distorsionadas como las que se muestran en la figura 3 no tienen la relación tensión del pico a tensión rms de 1.4 de una onda sinusoidal bien formada.
  • La figura 4 muestra un circuito con una forma de onda ideal de tensión de línea (una onda sinusoidal con una relación pico a rms de 1.4).

Un osciloscopio puede ofrecerle una imagen más clara de la situación. En la entrada de corriente de la unidad, conecte el osciloscopio a las fases L1, L2 o L3 y el cable a tierra a neutro. En este ejemplo, la forma de onda revela de un vistazo unas ondas sinusoidales casi planas (figura 3). Compárela con la forma de onda ideal que se muestra en la figura 4 y podrá ver claramente la diferencia.

Las formas de onda de cresta recortada suelen ser producto de cargas no lineales del mismo circuito alimentador. Con un osciloscopio puede ver que el problema no se encuentra en el VFD ni en el motor. El osciloscopio muestra gráficamente tanto la amplitud como la distorsión, la alteración o el ruido que puede estar afectando la forma de onda, y le ofrece la información que necesita para localizar, diagnosticar y solucionar problemas.

Conclusión

En este ejemplo, la distorsión de la forma de onda se debe a una carga no lineal conectada al mismo circuito alimentador como el VFD, y no el VFD o el motor.

Un multímetro digital puede mostrar el rms exacto o los valores de amplitud del pico. Un osciloscopio puede mostrar gráficamente la amplitud (rms o pico), así como cualquier tipo de distorsión, perturbación o ruido que esté presente en la forma de onda.

Una imagen vale más que mil palabras.

Los osciloscopios portátiles se utilizan en diversas aplicaciones de solución de problemas, desde sistemas eléctricos y electromecánicos hasta sistemas de control industrial y electrónicos.