medidas 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 motor trifásico, que en buena medida eran provocadas por el agua, el polvo, la grasa, problemas con los rodamientos, ejes mal alineados o simplemente la antigüedad. Pero esto ha cambiado enormemente con la introducción de motores con control electrónico, más conocidos como variadores de velocidad (ASD, por sus siglas en inglés). Estos variadores presentan un conjunto único de problemas de medida que pueden irritar al profesional más experimentado. Gracias a las nuevas tecnologías, por primera vez es posible realizar medidas 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 fallos prematuros.

Filosofía de la resolución de problemas

Los técnicos utilizan numerosos métodos para solucionar los problemas en un sistema o una instalación eléctrica; un buen técnico siempre encontrará 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, comprobando los problemas más obvios en primer lugar. Se puede desperdiciar mucho tiempo y dinero sustituyendo piezas en buen estado cuando el problema simplemente es una conexión suelta. A medida que avance, tenga cuidado y realice medidas de corriente precisas. Nadie realiza medidas inexactas a propósito, pero es fácil que suceda, especialmente cuando se trabaja en entornos ruidosos (en términos eléctricos) y de alta energía, como los ASD. Asimismo, es importante trabajar con los instrumentos de comprobación adecuados para solucionar los problemas del variador, el motor y sus conexiones. Esto es especialmente importante y significativo cuando se realizan medidas de tensión, frecuencia y corriente en la salida del variador del motor. Hasta hoy, no había ningún multímetro digital en el mercado que fuera capaz de medir ASD con la precisión necesaria. La nueva versión del popular multímetro digital Fluke 87, el 87V, incorpora un filtro paso bajo seleccionable* que permite realizar medidas precisas en la salida del variador que coincidan con los valores del indicador de la pantalla del controlador del variador del motor. Los técnicos ya no tendrán que estimar si el variador está funcionando correctamente o si suministra la tensión, corriente o frecuencia correctas para un determinado ajuste de control.

Medidas en el variador

Medidas en la entrada

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

Medidas en la salida

Por otra parte, un multímetro de verdadero valor eficaz convencional no puede leer de forma fiable 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 los 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 más, 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 las discrepancias entre medidas 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 paso bajo seleccionable, permite a los profesionales tomar medidas precisas de tensión, corriente y frecuencia en la salida del variador, en el propio variador o en los terminales del motor. Con el filtro seleccionado, las lecturas del 87 V 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 medidas son especialmente útiles cuando se realizan en el motor y los indicadores del variador no están a la vista.

Realizar medidas de manera segura

Antes de realizar ninguna 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 variadores de velocidad. También debe asegurarse de utilizar el equipo de protección individual (EPI) adecuado según su entorno y medidas de trabajo específicos. En la medida de lo posible, no trabaje nunca solo.

Clasificaciones de seguridad para 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 medida. 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 trifásicos se considerarían un entorno de medida CAT III, con el suministro eléctrico proporcionado por sistemas de distribución de 480 V o 600 V. Si utiliza un multímetro digital para realizar medidas en estos sistemas de alta energía, asegúrese de que tenga una categoría mínima de CAT III 600 V y preferiblemente también CAT IV 600 V o CAT III 1.000 V. La clasificación y el límite de tensión suelen encontrarse en el frontal del instrumento de medida en la zona de los bornes de entrada. El nuevo Fluke 87V tiene doble categoría: CAT IV 600 V y CAT III 1.000 V. Consulte los aspectos básicos sobre la seguridad con multímetros de Fluke para ver más información sobre las clasificaciones de categoría y la toma de medidas con seguridad.

Realización de las medidas

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

Tensión de entrada

Para medir la tensión de alimentación de CA en la entrada del variador:

• 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, ahora 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, la corriente de entrada excede la corriente máxima medible por la función de corriente del 87V o no es conveniente "interrumpir el circuito" para tomar una medida 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 a los enchufes de entrada de 400 mA y comunes 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.

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

• Conecte la pinza a los enchufes de entrada de V/W y comunes del 87V.
• Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
• Pulse el botón amarillo para activar el filtro 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 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 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.

Tensión de salida

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

• Conecte la punta de prueba negra en el enchufe de entrada y la punta de prueba roja en el conector de V/W.
• Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
• Conecte la sonda de color negro en uno de los tres terminales del motor o de tensión de salida de fase. Esta será la fase de referencia.
• Conecte la sonda de color rojo en uno de los otros dos terminales del motor o de tensión de salida de fase.
• Pulse el botón amarillo para activar el filtro paso bajo. Registre la lectura.
• Manteniendo la sonda negra en la fase de referencia, pase la sonda de color rojo al tercer terminal del motor o de tensión de salida de fase y registre esta lectura.
• Asegúrese de que la diferencia entre estas dos lecturas no supera el 1 % (véase la figura 2). Las lecturas también deben coincidir con la pantalla del controlador, o panel, si está disponible.
• Si el filtro paso bajo no está activado, las lecturas de tensión de salida pueden ser entre un 10 y un 30 % superiores, como en un multímetro digital normal (véase la 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 del motor cualesquiera.
• Conecte la punta de prueba negra en el enchufe de entrada y la punta de prueba roja en el conector de V/W.
• Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
• Conecte la sonda de color negro en uno de los tres terminales del motor o de tensión de salida de fase. Esta será la fase de referencia.
• Conecte la sonda de color rojo en uno de los otros dos terminales del motor o de tensión de salida de fase.
• Pulse el botón amarillo para activar el filtro paso bajo.
• Pulse el botón Hz. La lectura mostrada en hercios será la velocidad del motor (véase la figura 3). Esta medida no se podría realizar correctamente sin la función de filtro paso bajo del 87V (véase la figura 4).

Corriente de salida

Como con la corriente de entrada, la medida de la corriente de salida suele requerir un accesorio de pinza de corriente. Una vez más, 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 a los enchufes de entrada de 400 mA y comunes del 87V.
• Seleccione la función de mA/A CA.
• Coloque la pinza de corriente 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.

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

• Conecte la pinza a los enchufes de entrada de V/W y comunes del 87V.
• Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
• Pulse el botón amarillo para activar el filtro 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 paso bajo esté activada, el medidor se establecerá en el modo de rango manual de 600 mV.
• Coloque la pinza de corriente en cada uno de los cables de fase de salida sucesivamente y registre cada una de las tres lecturas obtenidas (véase la figura 6). 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. Esta medida no se podría realizar correctamente sin la función de filtro paso bajo del 87V (véase la figura 5).

Velocidad del motor (frecuencia de salida con la tensión 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 evitado las lecturas precisas con el uso de pinzas de tipo efecto Hall. Aquí se explica cómo el filtro 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 a los enchufes de entrada de V/W y comunes del 87V.
• Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
• Pulse el botón amarillo para activar el filtro 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 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).
• Pulse el botón Hz. Las lecturas muestran ahora la velocidad del motor como una medida de frecuencia.

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

• Conecte la pinza a los enchufes de entrada de 400 mA y comunes 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 (20mA en la pantalla).
• Pulse el botón Hz. Las lecturas muestran ahora la velocidad del motor como una medida de frecuencia.

Medidas del bus de CC

Para el funcionamiento correcto de un variador de velocidad es imprescindible que el bus de CC funcione perfectamente. Si la tensión del bus es incorrecta o inestable, los condensadores o diodos del convertidor pueden comenzar a fallar. La tensión del bus de CC debe ser de aproximadamente 1,414 veces la tensión de entrada fase a fase. Para una tensión de entrada de 480 voltios, el bus de CC debe ser aproximadamente de 679 V CC. El bus de CC suele etiquetarse como CC+, CC- o B+, B- en la regleta del terminal del variador. Para medir la tensión del bus de 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 debe ser estable. Para comprobar la cantidad de ondulación de CA en el bus, mueva el interruptor de función del 87V a la función de V CA. Algunos variadores pequeños no permiten el acceso externo a la medida del bus de CC sin desmontar el variador. Si no puede acceder al bus de CC, utilice la función de pico máximo y mínimo del 87V para medir la tensión del bus de CC mediante la señal de tensión de salida.
• Conecte la punta de prueba negra en el enchufe de entrada y la punta de prueba roja en el conector de V/½.
• Seleccione la función de tensión de CA del 87V.
• Conecte la sonda de color negro en uno de los tres terminales del motor o de tensión de salida de fase. Esta será la fase de referencia.
• Conecte la sonda de color rojo en uno de los otros dos terminales del motor o de tensión de salida de fase.
• Pulse el botón MIN MAX.
• Pulse el botón (Pico mínimo y máximo).
• La lectura que aparezca en Pico mínimo y máximo será la tensión del bus de CC.