Aquí miramos más de cerca el primer segmento en un motor trifásico típico y un sistema controlador: desde el suministro eléctrico de la entrada del controlador al controlador mismo, poniendo especial atención en las medidas de la entrada. Esta nota de aplicación relaciona los problemas comunes con las medidas utilizadas para diagnosticarlos. Le mostraremos qué herramientas utilizar en una situación determinada y cómo aplicarlas en un problema, de modo que le permitan solucionar problemas de manera más rápida y precisa.
Aquí tenemos los diferentes bloques en un sistema controlador típico de motor trifásico (figura 1):
- En primer lugar, la entrada del controlador es la energía de CA que entra al controlador desde la alimentación eléctrica.
- En segundo lugar, el controlador 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.
Tenga en cuenta que este artículo habla sobre la resolución de problemas en motores trifásicos y controladores. El contenido que aquí aparece no se aplica adecuadamente a los motores trifásicos.
Introducción a las medidas de entrada
Al intentar solucionar problemas en un sistema tan complejo como un motor y un controlador, algunas veces es difícil saber por dónde empezar. Mediante la comprobación en primer lugar de la tensión de suministro, la corriente y la frecuencia, puede descartar problemas que podrían afectar a los circuitos del disyuntor o del controlador 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 fallos del controlador y posibles daños en el propio controlador del motor.
Puede realizar medidas de la entrada en varias ubicaciones. La figura 2 muestra diferentes puntos de entrada, que van desde la entrada principal de servicio al subpanel o del interruptor de desconexión a la entrada de energía en el controlador. Potencialmente, cada uno de dichos puntos de medida podría proporcionar resultados diferentes, ya que los puntos de medida se podrían ver afectados por otras cargas presentes en los circuitos.
Hay tres razones para realizar medidas de entrada:
- Para establecer que hay suficiente capacidad para suministrar energía al motor y al sistema controlador.
- Para establecer que la energía es de la calidad adecuada.
- Para asegurarse de que la carga del controlador no afecta de manera negativa a la calidad de la energía en el sistema en general. Por ejemplo, para verificar que el controlador del motor no genera armónicos ni produce caídas que podrían alterar otras operaciones.
Debe comenzar sus iniciativas de diagnóstico en la entrada del controlador del motor, ya que la tensión, la corriente y la frecuencia de la electricidad que da energía a un sistema de velocidad variable del motor puede afectar a su funcionamiento a corto plazo, y su longevidad y fiabilidad a largo plazo.
¿Qué son la tensión, la corriente y la frecuencia nominales?
La tensión de alimentación, la corriente y la frecuencia nominales son las tres principales medidas 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 equipo eléctrico. 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 medidas que realice.
Empezando en la entrada del controlador del motor, mida la tensión, la corriente y la frecuencia, y después compare sus medidas con los valores nominales. (Los valores nominales son valores esperados: por ejemplo, 480 voltios para una línea de 480 voltios, la corriente enumerada en la placa del fabricante del motor, y una frecuencia de 50 o 60 Hz, dependiendo de su configuración regional).
Puede realizar estas medidas con un multímetro digital y una pinza amperimétrica, tal como lo haría en un circuito monofásico, pero realizar las medidas con un analizador trifásico de calidad de energía hace que el trabajo sea más fácil (figura 4). La medida de tres fases al mismo tiempo también puede revelar las interacciones entre las fases, que no se pueden apreciar con medidas monofásicas. Asegúrese de conectar correctamente el analizador de calidad de energía según el tipo de circuito (estrella o delta).
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 más o menos al 10 % 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 medidas
- 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 medidas 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 controlador para asegurarse de que se ajusta a los requisitos del NEC.
- Si sus medidas de tensión se encuentran dentro de un rango aceptable y el circuito parece estar configurado correctamente, pero aún hay problemas como el reinicio del controlador del motor o la apertura de los disyuntores, es posible que haya problemas intermitentes con la fuente de alimentación. Para detectar problemas que se dan durante un periodo más largo que sus medidas iniciales, utilice 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 medida más largo o hasta que se produzca el siguiente fallo.
- Si todas las medidas de tensión, corriente y frecuencia están dentro de un rango aceptable, compruebe si existe un desequilibrio de la corriente y la tensión.
Desequilibrio de la tensión y la corriente
Idealmente, la tensión que mida en cada fase de un sistema trifásico debe ser la misma. Esto también se aplica a las medidas de la corriente. Debido a que el desequilibrio de la tensión o la corriente puede causar un tiempo de inactividad o daños en un controlador del motor, aprender a interpretar estas medidas es importante (figura 6).
La expresión de la cantidad de desequilibrio de la tensión o la 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 medidas 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 0,01; esto deja un 1 % de desequilibrio de la tensión cuando se multiplica por 100.
Un desequilibrio de la tensión de solo un 2 % en la entrada de un controlador 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 la tensión también puede provocar el accionamiento del sistema de protección contra fallos por sobrecarga de corriente del controlador del motor.
El desequilibrio de la corriente es una medida de la diferencia en la corriente consumida por un motor en cada fase de un sistema trifásico. La corrección del desequilibrio de la corriente ayuda a prevenir el sobrecalentamiento y el deterioro del aislamiento en la bobina de motor. El consumo en cada fase debe ser igual o cercano al mismo. Una causa del desequilibrio de la corriente es el desequilibrio de la tensión, lo que puede generar un desequilibrio de la corriente fuera de proporción con respecto al mismo desequilibrio de la tensión. Si se produce un desequilibrio de la corriente en ausencia de un desequilibrio de la tensión, compruebe si hay otra causa que genere el desequilibrio de la corriente, por ejemplo, un aislamiento defectuoso o un cortocircuito en las fases a tierra. El desequilibrio de la corriente se calcula de la misma forma que el desequilibrio de la 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 la corriente es de
[(35 - 31,7) x 100] ÷ 31,7 = 10,4 %
El desequilibrio de la corriente de los motores trifásicos no debe superar el 10 %.
Una elevada 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. Por desgracia, algunas cargas eléctricas (como en ordenadores, controles, controladores y sistemas de iluminación de ahorro eléctrico) pueden hacer que aparezcan otras frecuencias en sus medidas. Dichas frecuencias, que son múltiplos de la frecuencia fundamental (120 Hz, 180 Hz, etc. para una frecuencia fundamental de 60 Hz), se denominan armónicos.
La energía en la entrada de servicio de su empresa eléctrica normalmente 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 son la fuente de armónicos que afectan a otros dispositivos en la empresa eléctrica. Si detecta niveles significativos de armónicos en sus medidas del variador, es posible que necesite considerar la incorporación de filtrado para bloquear dichos armónicos.
Transitorios
Los transitorios son, como el nombre sugiere, eventos breves (inferiores a medio ciclo, de manera que inferiores a 1/120 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 se originan en 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 resolución de problemas en los transitorios requiere el uso de un instrumento de comprobación con una tasa de "captura" de fallos, como un analizador de la calidad de energía o un osciloscopio portátil ScopeMeter®. Para obtener más información sobre la detección de transitorios, consulte "Seis formas de reducir los costes con un analizador de la calidad de energía 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 resolución 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 fallos del variador y posibles daños en el propio variador del motor.