Más allá del multímetro, parte 2: solución de problemas de tensiones transitorias en salidas de variadores 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 eficaz con ayuda de un osciloscopio.

La parte 2 consiste en solucionar los reflejos de los transitorios en la salida modulada de ancho de pulso de variadores de frecuencia (VFD).

¿Estos reflejos están causando daños en el devanado del motor?

Los variadores de velocidad controlan la velocidad de la maquinaria y de los procesos variando (o modulando) el ancho de los pulsos de tensión que se envían a los motores. Estos pulsos de tensión (que son esencialmente ondas cuadradas) tienen flancos ascendentes muy rápidos, que pueden causar reflejos de tensión transitoria ("transitorios") en el cable que se encuentra entre el VFD y el motor. Muchos factores influyen en el tamaño de las ondas reflejadas. Entre estos se incluyen la longitud de los cables, la carga del motor, la impedancia característica del cable y del motor, y el incremento del tiempo, el espacio y la magnitud de los impulsos del variador.

Con el tiempo, estas tensiones reflejadas en las ondas pueden forzar demasiado el aislamiento del cable y del motor, lo que puede provocar que cualquiera de estos falle.

Solución de problemas con un multímetro

Realizar mediciones de tensión utilizando un multímetro digital puede revelar una tensión excesiva en los terminales del motor cuando estén presentes los transitorios.

Vista del multímetro digital
Figura 1. El multímetro digital mide el pico de tensión de una señal de PWM sin reflejos.
Vista del multímetro digital
Figura 2. El multímetro digital mide el pico de tensión de una señal de PWM con reflejos que causan transitorios de alta tensión.

Para comprobar la tensión, conecte un multímetro a los terminales del motor entre las fases L1, L2 o L3.

El valor que se muestra en el multímetro en la Figura 1 es el pico de tensión de una combinación de un VFD y un motor sin reflejos.

Una lectura más alta de lo normal en la Figura 2 indica los efectos de los reflejos.

Puede utilizar un multímetro digital para medir el pico de tensión de una señal de PWM. Sin embargo, el ancho de banda limitado de un multímetro común hace que la medición de los pulsos con tiempos de elevación cortos sea difícil, de forma que puede que las lecturas no proporcionen una visión completa (o la amplitud total) de la presencia de reflejos o transitorios. Incluso los mejores multímetros digitales no podrán mostrarle el verdadero aspecto de las ondas.

En la Figura 2, cuando se comprueba el pico de tensión de PWM aplicada al motor, no queda clara la cercanía de los picos de los transitorios a la potencia máxima del motor o si los aislamientos del motor corren el riesgo de romperse. Necesita más información.

Solución de problemas con un osciloscopio

Osciloscopio digital que muestra una señal de PWM con lecturas de picos de tensión normales.
Figura 3. Osciloscopio digital que muestra una señal de PWM con lecturas de picos de tensión normales.
Vista del osciloscopio con transitorios de alta tensión causados por los reflejos.
Figura 4. Osciloscopio digital que muestra una señal de PWM con transitorios de alta tensión causados por los reflejos.
Vista del osciloscopio que muestra los transitorios de tensión.
Figura 5. Vista detallada de la forma de onda de PWM con una flecha que muestra el tamaño del transitorio de tensión.

Los osciloscopios muestran una señal como una línea que se extiende por la pantalla de izquierda a derecha. Cuanto más alta sea la tensión, mayor será la señal que aparezca en la pantalla del osciloscopio. Las mediciones realizadas con un osciloscopio no solo revelan la presencia de tensión excesiva en los terminales del motor, sino que también le ofrecen una visión más clara de la dimensión, ubicación y duración de cualquier transitorio de tensión.

Para realizar una lectura, conecte el osciloscopio a los terminales del motor entre las fases L1, L2 o L3, al igual que se hacía con el multímetro en el ejemplo anterior.

La Figura 3 muestra una señal de PWM ideal con lecturas de tensión de pico normales.

Las Figuras 4 y 5 muestran transitorios de alta tensión causados por reflejos de tensión. Compare la forma de onda de la señal en la que los efectos de los reflejos provocan transitorios de alta tensión con la forma de onda de una señal sin transitorios de la Figura 3.

Los reflejos de tensión se deben a menudo a un cableado inapropiado. Un osciloscopio con un ancho de banda amplio y una velocidad de muestreo alta puede capturar con precisión tensiones de pico causadas por reflejos del cable.

Conclusión

Un multímetro digital puede ayudarle a descubrir tensiones excesivas en una señal de transmisión, pero un osciloscopio puede mostrarle las formas de onda reales, lo que le permite ver si la señal está en buen estado o si tiene transitorios dañinos. Un osciloscopio portátil facilita la realización de mediciones allí donde necesite realizarlas.

Una imagen vale más que mil palabras.