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Mediciones eléctricas en controladores de velocidad variable Diez mediciones muy útiles

Filosofía de detección de problemas

IntroducciónLa mayoría de los técnicos de motores experimentados están bien preparados para tratar con fallas tradicionales de motores trifásicos que resultan de los efectos del agua, polvo, grasa, chumaceras dañadas, flechas de motor mal alineadas o simplemente porque son antiguos. Sin embargo, los motores modernos controlados electrónicamente,comparados con los que conocemos comúnmente como controladores de velocidad variable, presentan un conjunto único de problemas que pueden irritar a los profesionales más experimentados. Esta nota de aplicación describe las mediciones eléctricas que necesita hacer durante la instalación y puesta en operación de un transmisor así como cuando se diagnostica componentes malos y otras condiciones que pueden llevar a una falla prematura del motor en controladores de velocidad variable (ASDs).

D e F l u k e D i g i t a l L i b r a r y @ w w w . f l u k e . c o m / l i b r a r y

Nota de Aplicación

Existen muchas maneras diferentes de tratar la detección de problemas en un circuito eléctrico y, un buen técnico siempre encontrará el problema. El truco es rastrear el problema lo más rápido posible, manteniendo al mínimo el tiempo que el equipo está fuera de servicio. El procedimiento más eficiente para detectar problemas es ver el motor y después, trabajar sistemáticamente hacia atrás hasta llegar a la fuente, viendo primero los problemas más obvios. Se puede desperdiciar bastante tiempo y dinero reemplazando partes en perfecto estado cuando el problema no es nada más que una conexión suelta. Haga mediciones exactas. Nadie hace medicio-nes inexactas a propósito, pero obtener lecturas erróneas es más fácil de lo que usted piensa, especialmente cuando trabaja en un medio ambiente ruidoso y con alta energía, como el de un controlador ajustable de velocidad.

• Si es posible, no utilice instrumentos aterrizados. Pueden introducir ruido en una medición.• Evite tocar los instrumentos y las puntas de prueba mientras toma lecturas, ya que el ruido eléctrico puede introducirse con sus manos, lo que también puede afectar la medición.• Debido al alto ruido en el medio ambiente, cuando tome mediciones de corriente utilice una pinza amperimétrica diseñada para este ambiente o si utiliza un osciloscopio, use una pinza de corriente que produce 10 mV/A o 100 mV/A. Éstas proporcionan una mejor señal para la clasificación de ruido que las pinzas de 1 mV/A cuando realiza conexiones de corrientes inferiores a 20 A.

• Si utiliza un multímetro digital con un accesorio de pinza, siempre use una salida de mA para el transformador de corriente ya que éste se conecta a las terminales de entrada de corriente de baja impedancia del MD y es mucho menos susceptible al ruido del medio ambiente. Finalmente, es buena idea documentar las mediciones eléctricas en los puntos de prueba clave en el circuito cuando el sistema está funcionando adecuadamente. Si no existe un buen diagrama, haga uno. Será muy útil un diagrama de bloque o de una sola línea. Escriba las mediciones de tensión y temperatura en los puntos de prueba clave. Esto le ahorrará bastante tiempo y más adelante dolores de cabeza.

Tomando mediciones seguras Antes de realizar cualquier medición eléctrica, asegúrese de entender cómo hacerlas en forma segura. Ningún instrumento de prueba es completa-mente seguro si se utiliza en forma inadecuada y usted debe estar consciente que muchos instru-mentos de prueba en el mercado no son apropiados para probar los controladores de velocidad variable.

Clasificaciones de seguridad para equipo de prueba eléctrico • La Comisión Internacional Electrotécnica (IEC) es la principal organización independiente que define las normas de seguridad para los fabricantes de equipo de prueba. La norma de la segunda edición IEC 61010 para seguridad del equipo de prueba establece dos parámetros básicos, una clasificación de tensión y una clasificación de la categoría de medición. La clasificación de tensión es la tensión máxima de trabajo continuo que el instrumento es capaz de soportar.

2 Fluke Education Partnership Program Mediciones eléctricas en controladores de velocidad variable

Tabla 1. Ejemplos de ambientes de medición

CAT IV • Se refiere al “origen de la instalación”, es decir, donde se realiza la conexión de baja tensión a la energía de la utilidad.Los equipos de electricidad, equipo de protección principal para sobre corrientes. Fuera del edificio y de la entrada de servicio, el servicio cae desde el polo al edificio, corre entre el equipoequipo y el tablero.Línea eléctrica aérea para el edificio separado, línea subterránea para la bomba del pozo.

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CAT III • Equipo en instalaciones fijas como mecanismo de control y motores trifásicosBus y alimentador en plantas industriales.Alimentadores y circuitos de derivación corta, dispositivos del tablero de distribución.Sistemas de iluminación en edificios más grandes.Salidas de aparatos con conexiones de corto circuito para la entrada de servicio.

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CAT II • Aparatos, herramientas portátiles y otros enseres domésticos y cargas similares. Salidas de receptáculos y circuitos de derivación grande

Salidas a más de 10 metros (30 pies) desde la fuente de CAT III. Salidas a más de 20 metros (60 pies) desde la fuente de CAT IV.

Equipo electrónico protegido.Equipo conectado a los circuitos fuente en los cuales se toman las mediciones para limitar las tensiones transitorias a un nivel bajo adecuadamente. Cualquier fuente de energía baja, alta tensión derivada de un transformador de resistencia de devanado alto, como la sección de alta tensión de una fotocopiadora.

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CAT I

Categoría de sobretensión

Tensión de trabajo (cd o ca-rms a tierra)

Impulso pico transitorio (20 repeticiones)

Fuente de la prueba (Ohm = V/A)

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Categoría de sobretensión Ejemplos

Tabla 2. Valores de prueba transitorios para categorías de instalación de sobretensión

CAT I 600V 2500V Fuente de 30 ohm

CAT I 1000V 4000V Fuente de 30 ohm

CAT II 600V 4000V Fuente de 12 ohm

CAT II 1000V 6000V Fuente de 12 ohm

CAT III 600V 6000 Fuente de 2 ohm

CAT III 1000V 8000 Fuente de 2 ohm

Puede resultar confuso, cuando la clasificación de tensión está relacionada con una clasificación de categoría. Las clasificaciones de categoría repre-sentan el medio ambiente de medición que se espera para una categoría determinada. Los ambientes de medición para controladores de veloci-dad variable no siempre son simples y pueden variar de instalación a instalación. La mayoría de todas las instalaciones ASD trifásicas se pueden considerar como un medio ambiente de medición Categoría III. Las instalaciones ASD monofásicas podrían ser un medio ambiente Categoría II. Si trabaja en ambos ambientes, hágalo en forma segura y utilice solamente los instrumentos de prueba nominales Categoría III. Lo que no podría ser obvio inmediatamente después de ver la siguen-te tabla, es la diferencia entre un equipo nominal Categoría II de 1000 V y un equipo nominal Categoría III de 600 V. En primera instancia, se podría pensar que el equipo Categoría II de 1000 V,

es la mejor opción debido a que tiene una tensión de trabajo mayor que la del equipo Categoría III de 600 V y se puede manejar el mismo nivel de alta tensión transitoria, lo cual es cierto. Sin embargo, el equipo Categoría III de 600 V puede manejar en forma segura seis veces la energía como el equipo Categoría II de 1000 V, si la alta tensión transitoria ocasionara una falla al equipo. También evite que los equipoes que dicen estar “diseñados para cumplir” con las especificaciones EN61010 o que no portan la certificación de prueba de un laboratorio de prueba independiente como UL, CSA, VDE, TUV o MSHA, ya que no siempre cumplen con las especificaciones para las que dicen estar diseña-dos. También busque una certificación independi-ente de instrumentos de prueba para mediciones ASD. Consulte el Manual de seguridad MD de ABC para obtener información adicional de Fluke sobre las clasificaciones de categorías y para realizar mediciones seguras.

Motores — Medición 1Baja tensión

Baja tensiónEste paso de detección de problemas siempre se debe realizar antes de intentar cualquier otra medición. El ajuste periódico de las conexiones se requiere frecuentemente para mantener una condición de baja resistencia entre las puntas. Inspeccione en forma visual todos los puntos de conexión para detectar pérdidas, corrosión o rutas conductivas a tierra. Aún si la inspección visual es correcta, debe utilizar por lo menos uno o alguna combinación de los siguientes métodos para verificar las conexiones.

Caídas de tensión Verifique las caídas de tensión en todas las conexiones. Compárelas con otras dos fases. Cualquier variación importante entre fases, de más de 2 o tres por ciento, (dependiendo de la corriente del motor o tensión de alimentación), será sospechosa.

Mediciones de temperatura Los termómetros infrarrojos son una manera rápida y fácil de verificar conexiones malas. Cualquier aumento importante en la temperatura en la terminal de la conexión indicará que hay un mal contacto o hay una alta resistencia debida a la pérdida de calor. Si la temperatura de la terminal no se registró previamente, en el diagrama de su sistema, compárelo con las otras dos fases.

Mediciones de tensión Ya que la tensión aplicada a las terminales del motor mediante el ASD no es senoidal, serán diferentes las nuevas lecturas de tensión que despliega un equipo analógico, un multimetro digital de valores promedio (MD) y un MD con rms-verdadero.

Equipos analógicos Muchas personas que detectan problemas prefieren utilizar un equipo analógico debido a que su bobina responde de la misma manera que el motor al componente de baja frecuencia de forma de onda y no al componente de conexión de alta frecuencia. La lectura del equipo analógico deberá corresponder en gran medida a la tensión desplegada en el chasis del ASD. Los equipos analógicos leen la tensión promedio de la frecuencia de modulación del controlador PWM. Ya que es real, el equipo analógico despliega una lectura de tensión, cercana a la que está desplegando el controla-dor PWM y a la que el motor responde. La seguridad es un problema importante con los equipos analógicos, ya que generalmente no tienen ninguna certificación de seguridad EN61010.

Multímetros digitales Cualquier MD deberá responder al componente de alta frecuencia de la forma de onda del controlador del motor y por lo tanto deberá dar una lectura más alta. Un MD de valor eficaz verdadero proporcionará una lectura exacta del efecto de calentamiento por la tensión no senoidal aplicada al motor, pero no ésta no será igual a la lectura de la tensión de salida del controlador del motor. Sin embargo, se debe notar que aunque el motor no está respondiendo a frecuencias más altas en términos de la torsión o del trabajo que está realizando, las corrientes de alta frecuencia podrían estar fluyendo fuera de los devanados debido a las diversas capaci-tancias en otras partes del motor. El problema es el ancho de la banda. Los equipos de procesos, los analizadores de calidad de energía, los osciloscopios, algunas pinzas amperimétricas y los MD con filtros de paso bajo, proporcionarán lecturas de tensión similares a las del equipo analógico y a las de la pantalla ASD.


Motors — Measurement 2Voltage and current unbalance

11____ x 100 = 2.39 %460

% (V or I) desequilibrio= Desviación máxima de las tensiones promedio x 100 Tensión promedio

Motores — Medición 2Desequilibiro de Tensión y de corriente

Desequilibrio de tensión

A continuación mida la tensión, de fase a fase entre las terminales de tres motores para obtener el desequilibrio de tensión. Los dese-quilibrios de tensión muy pequeños (2%) pueden ocasionar un calentamiento excesivo debido a corrientes desequilibradas en el devanado de estator y pérdidas de la torsión del motor. Sin embargo algunas instalaciones de motores son más propensas a desequilibrarse, de manera que asegúrese de verificar todo el sistema del motor para buscar otras causas si es que hubiera un desequilibrio. Ya que la diferen-cia relativa entre las tensiones de la fase es lo que se está midiendo, no las tensiones absolu-tas, un MD debe proporcionar lecturas más exactas con una mejor resolución que un equipo analógico. Utilice la siguiente fórmula para calcular el desequilibrio de tensión.

Por ejemplo, las tensiones de 449 V, 470 V y 462 V dan un promedio de 460 V. La desviación máxima de la tensión promedio es 11 V y el desequilibrio porcentual sería:

Las causas posibles del desequilibrio de tensión son: uno de los circuitos controladores de fase conduce parcialmente o hay una caída de tensión entre la salida de ASD y la terminal del motor en una de las fases debido a una co-nexión deficiente. Existen otras preocupaciones acerca de las tensiones de la terminal del motor con relación a la distorsión, pero se deben buscar y ver, utilizando un osciloscopio. Estas tensiones se analizarán más adelante en esta nota de aplicación.

Desequilibrio de corriente

Se debe asegurar que la corriente del motor no exceda la especificación de carga continua, que el fabricante ha indicado y, que todas las corrientes trifásicas estén balanceadas. Si la corriente de carga medida excede lo indicado por el fabricante, o si se desequilibra la corri-ente, la temperatura de operación se incremen-tará, ocasionando que la vida útil del motor se reduzca. Si el desequilibrio de tensión se encuentra dentro de los límites aceptables, entonces, cualquier desequilibrio excesivo de corriente que se detecte, podría indicar que hay devanados del motor en corto circuito o una o todas las fases aterrizadas, están en corto. Generalmente, el desequilibrio de corriente para motores trifásicos no debe exceder el 10 por ciento.

Ya que las mediciones de corriente se realizan en un medio ambiente ruidoso eléctricamente, con una energía alta, asegúrese de que se utilice la pinza de corriente adecuada, así como una buena técnica de medición, de acuerdo a la técnica mencionada anteriormente en esta nota de aplicación. Para calcular el desequilibrio de corriente, utilice la misma fórmula que se indica para la tensión, pero sustituya la corriente en amperes. Por ejemplo, las corrientes de 30 A, 35 A y 30 A deben dar una corriente promedio de 31,7 A. La desviación máxima de la corriente promedio sería de 3,3 A con un desequilibrio de corriente de 10.4%.


Transmisores PWV – Medición 3Reflexiones de sobretensión en las terminales del motor

Figura 3C. Forma de onda PWM normal Figura 3D. Forma de onda PWM con tensiones reflejadas.

Figura 3A. Tensiones reflejadas (ringing)Impacto del tiempo de elevación y longitud decable sobre la magnitud de las tensiones reflejadas.

Figura 3B.

La tendencia con los controladores PWM ha sido hacer que el tiempo de elevación de los pulsos sea lo más rápido posible para reducir las pérdidas de conexión y aumentar la eficiencia del controlador. Sin embargo, los tiempos de elevación rápidos, acoplados a longitudes largas de cable, producen una incompatibilidad de impedancias entre el cable y el motor, ocasio-nando ondas reflejadas o "sonando" como se muestra en la Figura 3 A.Si los tiempos de elevación son lo suficiente-mente lentos o el cable lo suficientemente corto, no habrá ondas reflejadas. El problema principal con esta condición es que el aislamiento del devanado de un motor ordinario puede descom-ponerse rápidamente.Además, se pueden desarrollar tensiones altas, ocasionando una falla prematura de las chuma-ceras y un ruido de modo común excesivo (corrientes de fuga), que pueden interferir con las señales de control de tensión baja y ocasionar que se disparen los circuitos GFI.La relación entre la longitud de cable, el tiempo de elevación y el aumento resultante en la tensión pico, se ilustra en la Figura 3B. La tensión pico en las terminales del motor aumen-tará por encima de la tensión del bus de CD del ASD, conforme aumenta la longitud del cable y,el tiempo de elevación del pulso de salida ASD se hará más rápido.

Reflexiones / detección de problemas de sobre tensiónComo se mencionó anteriormente, los tiempos de elevación rápidos en los pulsos de salida ASD

y largas longitudes del cable entre ASD y el motor, ocasionarán que las reflexiones de sobretensión que se aproximan, sean del doble del valor de la tensión del bus de CD. Se requie-re un osciloscopio para descubrir en toda su extensión este problema, como se muestra en la Figura 3C. La Figura 3A muestra la medición de tensión ASD L-L en las terminales del motor con 2 m (6 pies) de cable, mientras la Figura 3B

muestra la tensión ASD L-L con 30 metros de cable (100 pies). Note la diferencia en las medi-ciones de tensión pico – cerca de 210 V.Note también que solamente hay una diferencia de 5 V rms entre las dos formas de onda (dígitos pequeños en la pantalla). Esto significa que su voltímetro no detectará este problema. Muy pocos osciloscopios se dispararán tan bien y tan fácilmente como el que se utilizó para las mediciones de las Figuras 3C y 3D. Para otros equipos, utilice el siguiente procedimiento para encontrar la magnitud de la sobretensión.


Figura 3E. Eje guía del pulso PWM normal Figura 3F. Eje guía del pulso PWM con tensiones reflejadas (sonando).

Las señales en Figura 3E y 3F se capturarondisparando un pulso sencillo, y utilizando un modo de disparo único con cursores habilitados para realizar la medición de la tensión pico, junto con el tiempo de elevación. Mientras que esta medición requiere presionar más botones y contar con experiencia en el manejo del osci-loscopio la medición automática del tiempo de elevación puede ser más fácil. El restablecer en forma manual el disparador con un tiro único periódicamente, le proporcionará una muestra de las diversas tensiones pico para los diferen-tes pulsos. También, el elevar lentamente la tensión de disparo, le dará una idea del pico máximo cuando el osciloscopio deja de dispa-rarse Asumiendo que ha identificado una sobre-tensión real, o un problema de tensiones refle-jadas, entonces se debe hacer algo al respecto. La solución más simple es acortar el cable. La sobretensión pico continuará aumentando a casi el doble de la tensión del bus de CD conforme se larga el cable o se hace más rápida la elevación del tiempo. Las tensiones pico pueden exceder aún el doble de la tensión, si la tensión reflejada se lleva a cabo en la parte superior de las ondas debido a una inductancia distribuida y capaci-tancia de acoplamiento del cable. El peligro real de esta condición de sobreten-sión es el daño que puede hacer al devanado del motor durante un periodo de tiempo, lo cual no puede parecer un problema cuando primero se instala el controlador PWM. Muchos controla-dores PWM se instalan sin tomar en cuenta los efectos de la sobretensión ocasionada por un cableado largo entre la salida PWM y el motor. Mientras se logra una mayor eficiencia de los controladores PWM más nuevos y más recientes, haciendo que los tiempos de elevación sean más rápidos en los pulsos de salida, se puede hacer que el problema de sobretensión sea peor, necesitando un cable más corto.

Si su motor ya falló y tiene que reconstruirse, sedebe utilizar un cable aislado de mejor calidad como el Thermaleze QS o TZ QS (de Phelps-Dodge) para rebobinar el motor. La ventaja principal es que este tipo de cable proporciona una mayor protec-ción contra sobretensiones, sin agregar espesor al aislamiento y se puede utilizar el mismo estator sin modificarlo. Si ya se dañó el motor más allá de una reparación, entonces se debe reemplazar por un motor diseñado para que cumpla con las especifi-caciones NEMA MG-31 (V pico sostenida 1600 V y tiempo de elevación 0,1 µs) como motor de reemplazo para las aplicaciones PWM donde puede haber sobretensiones sostenidas.Si el cableado en su aplicación PWM no se puede acortar, entonces utilice una de estas tres opciones para solucionar el problema.1. Un filtro de paso bajo externo ,que sepuede instalar entre las terminales de salida delPWM y el cable al motor, para disminuir el tiempode elevación.2. Instalar un filtro de coincidencia de impedancia R-C en las terminales del motor para minimizar la sobretensión o el efecto sonando.3. En algunas aplicaciones como bombassumergibles o máquinas de perforación, no esposible acceder a las terminales del motor y serequieren otros métodos para minimizar la sobre-tensión. Un método es aplicar reactores en serie entre las terminales de salida del PWM y el cable al motor. Mientras ésta es una solución bastante simple, los reactores pueden ser ligeramente grandes, estorbosos y costosos paraaplicaciones de fuerza importantes.

Un ingeniero calificado debe diseñar todas lassoluciones sugeridas anteriormente para suaplicación específica.

Ω


Nota de seguridad

Solución con filtro 1: Efecto típico de un filtro de paso bajo en la salida del inversor conforme se midió en las terminales del motor.

Solución de filtro 2: Efecto típico del reactor en serie medido en las terminales del motor.

Solución de filtro 3: Efecto típico de un filtro coincidente de impedancia R-C medido en las terminales de motor.

Entrada AC

Filtro de salida de inversor Solución 1

Series del reactor Solución 2

Filtro de la terminal del motorSolución 3

Serie conectada a las ter-minales de salida de PWM

Depende de la longitud del cable

Depende del tamaño del sistema

Pérdidas dependientes de los kVA del motor.

Las pérdidas dependen de los kVA del motor

Tamaño / costo dependiente de los kVA del motor

Tamaño / costo depende del kVA del motor

Diseñado para disminuir el tiempo de elevación (dv/dt) bajo un valor crítico

Actúa como limitador de corriente y también disminuye el tiempo de elevación

Series conectadas a las terminales de salida del PWM

No depende de la longitud del cable

Las pérdidas son más o menos fijas

El tamaño / costo es más o menos fijo

Diseñado para coincidir con la impedancia de las características del cable

Paralelo conectado en las terminales del motor

Motor de Inducción

Rectificador de Diodos Inversor PWM


El fenómeno de tensión reflectiva puede significar valores pico de 2 o 3 veces la tensión del bus de CD. Para la tensión de línea de 480 V, esto significa una tensión del bus de CD de 648 V y una posible sobretensión pico de 1300 V a 2000 V y tal vez mayores, dada la variación de tensión de la línea + 10%. Por lo tanto, se recomienda que la medición en las terminales del motor se realice con la punta de prueba con la clasificación más alta disponible y durante el menor tiempo posible cuando es probable que están presenten las tensiones reflejadas.

Transmisores PWV – Medición 4Tensión de la flecha del motor

Transmisores PWV – Medición 5Corrientes de fuga (ruido en modo común)

Corriente de la chumaceraCuando las tensiones de la flecha del motor exceden la capacidad de aislamiento de la grasa de la chumacera, las corrientes de salto hacia la chumacera exterior ocasionan picaduras y ranuras a la chumacera. Las primeras señales de este problema son el ruido y el sobrecalenta-miento, ya que las chumaceras empiezan a per-der su forma original y los fragmentos de metal se mezclan con la grasa y aumenta la fricción de la chumacera. Esto puede llevar a la destrucción de la chumacera en unos cuantos meses de operación del ASD – un problema costoso tanto en términos de reparación como en tiempo perdido por el motor fuera de servicio. Existe una tensión de la flecha inevitable y normal, creada desde el devanado del estator hacia la flechadel rotor debido a las disimetrías pequeñas del campo magnético a plena escala de aire. Esto es inherente en el diseño del motor. La mayoría de los motores de inducción están dise-ñados para tener una tensión máxima en la flecha hacia la estructura aterrizada de < 1 Vrms.Otra fuente de tensión de la flecha del motor se relaciona con las fuentes internas acopladas electroestáticamente, incluyendo: acoplamientos impulsados del cinturón, paso de aire ionizado sobre las aspas del ventilador del rotor o aire de alta velocidad pasando sobre las aspas del ven-tilador del rotor como en las turbinas de vapor. Bajo una operación de onda senoidal de 60 Hz, la tensión de falla de la chumacera es de aproximadamente 0,4 a 0,7 V. Sin embargo, con los picos rápidos de tensiones transitorias que se encuentran en los controladores PWM, la falla de la capacidad de aislamiento de la grasa ocurre a tensiones muy altas - entre de 8 V y 15 V. Esta tensión de falla más elevada, crea corrientes más altas de salto a la chumacera, que ocasiona ma-yores daños en un corto tiempo.

Corrientes de fugaLas corrientes de fuga (ruido en modo común)acopladas capacitivamente entre el devanado delestator y el aterrizaje del chasis aumentarán conlos controladores PWM conforme la reactanciacapacitiva del aislamiento del devanado se reduzca con la salida de alta frecuencia del controlador. Otra ruta de la corriente de fuga puede existir en la capacitancia que se crea cuando los cables del motor se colocan en un conducto de metal aterrizado. Por lo tanto los tiempos de elevación más rápidos y las frecuen-cias de conexión más altas solamente harán que empeore el problema.

La investigación en esta área ha demostrado que las tensiones de la flecha, inferiores a 0,3 V, son seguras y no son lo suficientemente altas para que haya corrientes destructivas para la chumacera. Sin embargo, las tensiones de 0,5 V a 1,0 V pueden ocasionar corrientes dañinas para la chumacera (> 3 A) y las tensiones de la flecha (> 2 V) pueden destruir la chumacera. Debe tener cuidado al realizar esta medición. Mientras el común está conectado a la tierra de la estructura del motor, conecte la otra punta de prueba a una pieza con un cable trenzado o a un cepillo de carbón que a su vez haga contacto con la flecha del motor. Debido a que las tensiones de la flecha son ocasionadas por tiempos rápidos de elevación de los pulsos del controlador PWM, las tensiones apareceráncomo picos angostos. Es mejor realizar esta medición con un osciloscopio, no con un DMM. Aún si el DMM tiene detección de pico, hay una variación suficiente entre picos para proporcio-nar una lectura inestable. Otra sugerencia para la medición es hacer una medición de la tensión en la flecha aterrizada a la estructura, después de calentar el motor hasta su temperatura de operación normal, ya que las tensiones de la flecha pueden no estar presentes cuando el motor está frío. La solución más simple a este problema es reducir la frecuencia del portador (pulso) a menos de 10 kHz o si es posible en forma ideal alrededor de 4 kHz. Si la frecuencia del porta-dor ya se encuentra en este intervalo, se pueden emplear soluciones alternativas como dispositivos de aterrizaje para la flecha o filtración entre el ASD y el motor.

También se debe notar que el aumento poten-cial en las corrientes de fuga implica que se ponga atención a las prácticas establecidas de aterrizaje seguras para la estructura del motor. El aumento en las corrientes de fuga también puede ocasionar un disparo de los relevadores de protección, validar las señales de control de 4 a 20 mA e interferir con las líneas de comuni-cación PLC. Mida el ruido de modo común colocando el amperímetro de gancho alrededor de los tresconductores del motor. La señal resultante será la corriente de fuga.


Transmisores PWV – Medición 6Prueba para la forma de onda de salida IGBT


Motor de Inducción

Obturador en modo común

Conducto

Corriente de modo común (fuga)

M

Entrada CA 3φ

Figura 5A. Obturador de modo común con resistor amortiguador para reducir las corrientes de fuga.

Figura 6A. Ondas cuadradas. Figura 6B. Verifique las tres fases de las terminales de salida del motor del Inversor

Se puede utilizar un obturador de modo común pa-ra reducir las corrientes de fuga (consulte la Figura 5A). También, se pueden utilizar cables especiales de supresión EMI entre la salida del controlador y las terminales del motor. Las puntas de cobre del

Inversores PWMMuchos controladores PWM fraccionales están integrados, al punto en que el bloque del diodo de entrada y los IGBT se conservan en “contenedores” en un módulo único que está colocado en el disipador de calor. El costo de estos controladores raramente justifica el tiempo de reparación y al-gunas veces no están disponibles las partes de repuesto. Sin embargo, los controladores para muchos caballos de fuerza, que comienzan en el intervalo de 5 a 25 hp tienen componentes que son accesibles y el costo de dichos controladores hace que la reparación sea una alternativa viable económicamente.Si determinó que el inversor del controlador es la fuente de una tensión inadecuada que se aplica al

cable están cubiertas con gránulos de ferrita, queabsorben la energía RF y la convierten en calor. Lostransformadores de aislamiento en las entra-das de CA también reducen el ruido de modo común.

motor, utilice el siguiente procedimientopara determinar cuál IGBT de la sección desalida está dañado.

1. Verifique los IGBT de conducción positivaconectando la punta común del osciloscopio al bus de cd+ y mida cada una de las tres fases en las terminales de salida del motor del inversor.Verifique que las ondas cuadradas tengan bordes limpios, sin ningún ruido visible dentro de los pulsos y que las tres fases tengan la misma apariencia.2. Verifique el IGBT de conducción negativaconectando la punta común al bus de cd yrealizando las mismas mediciones que se indicanen el paso anterior, en cada una de las tres fases en las terminales de salida del motor del inversor.


Entrada AC


Motor de Inducción

Transmisores PWV – Medición 9Problemas – sobrecarga de “disparo” de ASD


Transmisores PWV – Medición 7Prueba para las salidas IGBT para determinar las fugas

Figura 9A. Captura transitoria de sobretensión

Verifique los IGBT con “fugas” midiendo la tensión desde el aterrizaje hacia las terminales de salida del motor del inversor con el controla-dor encendido, pero con la velocidad ajustada a cero (el motor detenido). Algunos controladores pueden tener un aterrizaje normal.

Si se determina que la causa de la sobrecarga sedebe a la corriente del motor, asegúrese que la carga del motor no esté ocasionando el proble-ma. Verifique el desequilibrio excesivo de la corriente detectando posibles devanados de fase en corto circuito. Verifique que los puntos de disparo del ASD estén ajustados.

El bus de cdLa tensión de cd es demasiado altaLas tensiones transitorias (inferiores a un ciclo de 0,5) y las ondulaciones (0,5 a 30 ciclos) en las entradas de la línea de corriente alterna y la regeneración del motor, son las dos causas más importantes de disparos del circuito de falla de sobretensión en los inversores ASD. La tensión transitoria y las ondulaciones, pueden ser ocasionadas por eventos que ocurren fuera del edificio, como rayos o capacitores KVAR que se conectan a los servicios o a los reguladores del transformador, así como otras cargas dentro del edificio que puedan estar encendidas (capacitivas) o apagadas (inductivas). Para probar estas situaciones, utilice un osciloscopio o un monitor, en la línea de energía con por lo menos 10 µseg/ resolución div. y una capacidad de marcar la hora de las mediciones.Los analizadores de calidad de energía son sumejor elección para estas mediciones. Lososciloscopios también son buenas elecciones para estas mediciones. Ambas herramientas tienen bastante resolución para el disparo y, lo más importante, pueden indicar la hora en quese realizó cada evento de medición, de manera que se pueda correlacionar con cualquier fuente – rayos, equipo eléctrico o servicios – que esté ocasionando el problema. También asegúrese que sus herramientas tengan una capacidad nominal de seguridad EN61010 600 V CAT III, una consideración importante cuando mida con objetividad los impulsos de altas magnitudesen un medio ambiente de alta energía.

en la tensión de la terminal del motor, de alrede-dor de 60 V. Una lectura de más de 200 Vsignifica que el IGBT tiene una fuga. Realice esta medición en un controlador en buen funciona-miento para determinar los valores normales para ese tipo de controlador.

correctamente conforme a las especificaciones del fabricante. Finalmente verifique que la tensión del bus de cd esté regulada adecuada-mente. Los capacitores con fuga pueden ocasionar ondas excesivas y una corriente demasiado pequeña de irrupción de agua.

Si el controlador está instalado en una parte de lacuidad, en la que hay una tendencia de eventos de rayos, asegúrese de que el edificio tenga unaprotección adecuada de pararrayos. Además, el sistema de aterrizaje del edificio debe estar instalado adecuadamente y estar funcionando para ayudar a disipar en forma segura los rayos atierra, antes que a éstos se induzcan a través de algunas rutas en el sistema de distribución de energía del edificio. Se deben y se pueden tomar acciones para minimizar sus efectos en el equipo eléctrico y electrónico, ya que un edificio que es susceptible a corrientes transitorias bajas y ondulaciones, generalmente cuenta con un cableado deficiente y no tiene el aterrizaje adecuado. Si se espera tener una ten-sión transitoria, entonces el monitor de la línea de energía es una opción excelente para medirla y, de manera muy importante, para indicar la hora en la que la tensión transitoria se presentó, de tal forma queel evento se puede correlacio-nar para determinar el origen de la falla ASD. Si una tensión transitoria ocasiona el disparo, entonces un transformador de aislamiento o un reactor de



línea en serie se puede colocar en serie conel extremo frontal del ASD.Una solución alternativa sería colocar un dispositivo de protección de ondas (SPD) en el centro de control de motores o en el lado princi-pal del transformador de distribución que alimenta el ASD. Sin embargo, si la fuente de tensión transitoria viene de otra carga en la misma alimentación secundaria que del ASD, se necesitará un transformador de aislamiento separado, un reactor en línea en serie directa-mente frente del ASD. Mejor aún, coloque el ASD en su propia alimentación. Las ondas de tensión > de 30 ciclos se puedenmonitorear utilizando un monitor de línea. Otra manera de mitigar la onda es instalar un releva-dor de salida temporal para tantos ciclos como haya de la ondulación, pero que pueda tolerar el controlador. La viabilidad de esta solución se determinará por la cantidad de “recorridos” que el circuito de entrada del ASD puede manejar antes de que la tensión del bus de cd caiga a una condición de bajo valor. Otra posible solu-ción es utilizar un dispositivo de regulación de tensión como un sistema de alimentación de energía ininterrumpible (UPS). Se debe notar que los UPS están diseñados para manejar bajas de tensión e interrupciones momentáneas y no pueden manejar condiciones de ondulación de tensión, a menos que estén diseñados específi-camente para hacerlo. Verifique cuidadosamente las especificaciones del fabricante UPS. La sobretensión o desplazamientos de tensión a largo plazo, pueden ser ocasionados por cargas muy grandes que se desactivan dentro del edificio o por una respuesta baja del sistema de regulación de tensión, para reducciones en la demanda en la red de energía. Esta condición se descubre muy fácilmente utilizando un oscilosco-pio que grabe la fecha y hora del evento. La mejor manera de manejar este problema es emplear la regulación de tensión local, con un dispositivo como un UPS que esté diseñado para manejar la sobretensión, así como las bajas y las caídas.

Tensión de CD demasiado bajaExisten varias posibilidades de tener un disparodel circuito de falla por baja tensión en losinversores ASD. La tensión baja, frecuentemente es ocasionada por otra carga dentro del sistema de distribución del edificio que se enciende o tal vez de un edificio cercano que inicie una carga eléctrica importante.

Otra fuente común de sobretensión en un bus de cd es la regeneración del motor. Esto ocurre cuando la carga del motor se está “deslizando” y comienza a revolucionar la flecha del motor antes de obtener las revoluciones necesarias en el motor, lo que ocasiona que el motor se trans-forme en un generador de tensión y regrese laenergía al bus de cd. Se puede localizar la regeneración excesiva verificando un cambio en la dirección de la corriente directa hacia el bus de cd, a la vez que se verifica simultáneamente la tensión del bus de cd para un aumento sobre el punto de disparo. Cuando realice las medicio-nes en el bus de cd del ASD, elija un instrumento Categoría III de 100 V. Típicamente un MD con una capacidad de registro mínima / máxima.Si la regeneración está ocasionando el disparo por sobretensión, se puede emplear la función de “paro dinámico” que determina qué tan rápido se le permite a la corriente regenerativa retroalimentar los capacitores delbus de cd. Si el paro dinámico ya se está empleando y no está funcionando adecuadamente. Se puede probar deacuerdo a las especificaciones del fabricante. Si el paro es de tipo resistivo, se puede inspeccionar visualmente para detectar señales de sobrecalentamiento; decoloración, fisuras o un olor con ese aroma distintivode un componente sobrecalentado. El valor deresistencia también se puede comparar contra las especificaciones del fabricante. Si el paro dinámico utiliza un transistor, las uniones de silicón se pueden probar utilizando una prueba con diodos como se describe anteriormente. También, la corriente de paro se puede buscar y la forma de onda de la corriente se puede comparar con otro sistema en buenas condicio-nes de operación.

Haga la medición con un instrumento que puedamostrar la hora en la que se detectó la tensión baja o donde el bajo valor ocasione que la falla por baja tensión del ASD se dispare. También podrá desear hacer esta medición en la entrada de servicio. De esta manera puede determinarrápidamente si la baja tensión es ocasionada dentro o fuera del edificio. Asegúrese de monito-rear la tensión y la corriente simultáneamente.


Figura 10B. Caída de tensión del bus de corriente alterna debajo del ajuste de falla de baja tensión.

Figura 10C. Forma de onda del tensión de entradade línea ideal.

Figure 10C. Formas de onda con la parte superiorplana

De esta forma, podrá decidir si el problema es flujo abajo de la entrada de servicio donde la onda de la corriente coincide con la baja tensión. Un problema con flujo hacia arriba (fuera del edificio) podría mostrar la baja tensión sin la sobrecarga en la corriente. Si el problema se encuentra dentro del edificio habrá unasobrecarga de la corriente que coincida con la baja tensión. Continúe haciendo las mediciones en los diferentes centros de carga hasta que haya aislado la carga con la baja tensión y la correspondiente sobrecarga.

Otra posibilidad es que un motor emita la co-rriente suficiente para ocasionar que la tensión del bus de cd caiga debajo del ajuste de falla de tensión baja, pero que no sea suficiente para disparar la sobrecarga de corriente. Necesitará verificar la corriente del motor para verificar las sobrecargas (compare con la placa del fabricante del motor) así como también verificar que los ajustes del programa del controlador son correc-tos de acuerdo a las clasificaciones de la placa del fabricante del motor incluyendo la aplicación para la cual se intenta utilizar el motor y el controlador.

Vea la forma de onda de tensión de entrada en la línea para el ASD. La forma de onda debe ser una onda senoidal bien formada. La “parte supe-rior plana” severa de la forma de onda puede evitar que los capacitores del bus de cd se carguen completamente para el valor pico, lo que disminuirá la tensión del bus de cd, así como la cantidad de corriente disponible para el circuito de salida del ASD. La forma de onda en la parte superior en la Figura 10C se toma de un circuito trifásico. Los picos de corriente de la forma de onda de la parte inferior ocurren cuando la forma de onda de tensión está en o cerca de su pico.

Sin embargo, si los picos de la corriente son másgrandes de lo que la fuente puede suministrar (es decir, la impedancia de la fuente es muy alta para la carga) usted obtendrá una onda con la parte superior plana como la forma de onda que se muestra aquí.

Figure 10A. Baja tensión


Resumen

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En resumen, ya que los ASD son más complejos que losmotores eléctricos estándar, le puede ayudar en formaimportante un enfoque sistemático para medición y la resolución de problemas y para tener las herramientas de prueba correctas que simplifiquen su instalación, mantenimiento y detección de problemas.Mientras las 10 mediciones descritas en el presente porningún motivo cubren todo lo que puede saber acerca de los ASD, éstos le proporcionarán la información quenecesita en la mayoría de las situaciones.

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