Medición de las descargas de tensión producidas en el eje del motor con el analizador de motores Fluke MDA-550

Los pulsos de tensión de un variador de velocidad pueden acoplarse desde el estator de un motor a su rotor, generando así una tensión en el eje del rotor. Cuando la tensión del eje del rotor supera la capacidad de aislamiento de la grasa del rodamiento se pueden producir arcos eléctricos o mecanizaciones por descargas eléctricas que causan picaduras y estrías en la pista de rodamiento del motor, lo cual a su vez puede hacer que el motor falle prematuramente. En esta nota de aplicación se explica cómo utilizar analizador de motores MDA-550 y una sonda de tensión en el eje para medir las descargas de tensión que se produzcan en el eje del motor.

Descargas de tensión en el eje

El acoplamiento capacitivo entre el estator y el rotor de un motor puede generar una tensión en el eje del motor. Por este motivo, los rodamientos en los motores eléctricos pueden sufrir un desgaste provocado no solo por la rotación del eje sino también por las corrientes eléctricas que fluyen entre el eje del motor y la toma de tierra a través de los rodamientos. Los motores con alimentación de CA sinusoidal pueden tener tensiones de eje/rodamiento a bastidor entre 1 V y 2 V. Sin embargo, los motores alimentados por formas de onda de conmutación rápida de variadores de velocidad pueden tener tensiones del eje/rodamiento al bastidor de hasta 8 V a 15 V. Las tensiones en estos niveles pueden superar las propiedades aislantes de la grasa de rodamiento y las chispas resultantes pueden causar picaduras, estriado, socavaciones y, por último, el fallo prematuro de los rodamientos y del motor.

Pista de rodamiento estriada
Estriado de la pista de rodamiento provocado por corriente (fotografía cortesía de Electro Static Technology).
Con MDA
Medida de la tensión en eje del motor con el kit de sonda de tensión en el eje

Sonda de tensión en el eje

El acoplamiento capacitivo entre el estator y el rotor de un motor puede generar una tensión en el eje del motor. Por este motivo, los rodamientos en los motores eléctricos pueden sufrir un desgaste provocado no solo por la rotación del eje sino también por las corrientes eléctricas que fluyen entre el eje del motor y la toma de tierra a través de los rodamientos. Los motores con alimentación de CA de onda sinusoidal pueden tener tensiones de eje/rodamiento a bastidor del orden de 1 V a 2 V. Sin embargo, los motores impulsados por las formas de onda de conmutación rápida de los variadores de velocidad pueden tener tensiones del eje/rodamiento al bastidor de hasta 8 V a 15 V. Las tensiones en estos niveles pueden superar las propiedades aislantes de la grasa de rodamiento y las chispas resultantes pueden causar picaduras, estriado, socavaciones y, por último, el fallo prematuro de los rodamientos y del motor.

Dispositivo de medida

El MDA-550 se ha diseñado para comprobar y resolver de forma rápida y sencilla los problemas habituales de los sistemas de accionamiento de motores de tipo inversor trifásico y monofásico. Además del osciloscopio portátil de 4 canales y la función de registro, las funciones especiales de análisis del accionamiento de motores ofrecen una orientación paso a paso para la configuración con información en pantalla. Esto facilita la configuración del analizador y la obtención de medidas a partir de la entrada de alimentación del motor instalado, incluyendo medidas de tensión en el eje.

Los picos de tensión en el eje pueden ser extremadamente rápidos, incluso por debajo de un microsegundo. El amplio ancho de banda de 500 MHz del Fluke MDA-550 y su elevada velocidad de muestreo (de hasta 5 muestras/s) hacen que sea ideal para medir variaciones rápidas de tensión.

F-MDA-550-01a
Analizador de motores MDA-550 de Fluke

Resultados de las medidas

La medida predeterminada de la tensión del eje del motor indica formas de onda de tensión conforme a las medidas del propio eje. El valor de pico a pico de la tensión mostrado en la parte superior de la pantalla identifica el nivel máximo de la forma de onda obtenida, el cual ya indica la existencia de altos niveles de tensión en el eje. No obstante, de este modo no es posible calcular la frecuencia a la que se producen estas descargas rápidas. Con la opción EVENTS ON (CON EVENTOS), en el MDA-550 se muestran aquellas formas de onda que presentan descargas en función de una diferencia de tensión mínima predefinida y en la diferencia máxima de tiempo.

La pantalla se actualiza con cada forma de onda obtenida que presente un aumento pronunciado (o un tiempo de caída), junto con el número de eventos detectados por segundo. Aquellas formas de onda en las que se produzcan descargas presentarán un aumento de tensión seguido de una línea vertical a tierra pronunciada en el momento de la descarga. Para analizar detalladamente la última forma de onda obtenida, el MDA-550 cuenta con la función REPLAY (Reproducción), que dispone de un búfer de las pantallas de las 100 últimas formas de onda obtenidas. Es posible seleccionar la pantalla de forma individual o mostrarla en forma de animación.

Las descargas de tensión superiores a 15 V y los tiempos de transición inferiores a 50 nanosegundos pueden indicar la generación de descargas capaces de dañar los rodamientos. Sin embargo, este fenómeno en sí mismo no basta para calcular los posibles daños que se producirían en un rodamiento ya que existen numerosos factores adicionales que influyen sobre ello.

Si se detectan tensiones excesivas en el eje, es recomendable comprobar si es posible reducir las descargas de tensión adaptando el cableado, las conexiones de la toma de tierra, los parámetros de accionamiento o el lubricante. Si no fuera posible hacerlo o si no ayudase a mitigar el problema, puede ser práctico recurrir a dispositivos de toma de tierra para el eje o aislar el eje. Los efectos de estas prácticas para mitigar la tensión en el eje pueden comprenderse fácilmente comparando el número de eventos registrado antes y después de la aplicación de los cambios correspondientes.

Desactivación de eventos en el eje del motor
La señal de tensión del eje del motor con los eventos desactivados muestra todas las señales obtenidas con una lectura de tensión pico a pico
Eje del motor 2
Eventos de descarga de tensión en el eje con una tensión mínima y un tiempo máximo de caída o subida especificados en forma de aviso
Onda de evento en el eje del motor
Con los eventos activados, solo se muestran aquellas formas de onda que cuenten con una tensión mínima y un tiempo máximo de caída o subida
Reproducción del eje del motor
La función de reproducción muestra las últimas 100 formas de onda obtenidas en el análisis avanzado