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May 31, 2023

Mejorar la resolución de problemas del variador de frecuencia

Las mejoras en la tecnología de accionamiento de frecuencia variable (VFD) han dado como resultado menores costos, mayor confiabilidad y mayor uso. La mayoría de los sistemas VFD modernos tienen diagnósticos internos que crean

Las mejoras en la tecnología de accionamiento de frecuencia variable (VFD) han dado como resultado menores costos, mayor confiabilidad y mayor uso. La mayoría de los sistemas VFD modernos tienen diagnósticos internos que crean un apagado automático en caso de falla. Sin embargo, la causa de estas fallas a veces puede ser difícil de localizar y corregir. Sin embargo, las pruebas de motores energizados y desenergizados pueden proporcionar información valiosa para ayudar a identificar muchos de estos problemas. Este artículo destaca cómo incorporar estas técnicas de prueba de motores en la resolución de problemas de VFD.

Un VFD rectifica la energía de corriente alterna (CA) trifásica entrante para crear un bus de corriente continua (CC). El bus de CC utiliza condensadores para suavizar la CC rectificada como entrada a la sección del inversor. En la sección del inversor, el controlador utiliza microprocesadores para controlar interruptores semiconductores que convierten el voltaje de CC en un voltaje de CA trifásico variable y una entrada de frecuencia al motor.

Al controlar la cantidad de tiempo que se activan los semiconductores (rectificador controlado por silicio [SCR] o transistor bipolar de puerta aislada [IGBT]), el ancho de los pulsos de CC modula la CC para producir un voltaje de entrada trifásico simulado con voltaje variable. y frecuencia. La frecuencia del voltaje de entrada determina la velocidad a la que gira el campo magnético alrededor del estator. La velocidad a la que el campo magnético se denomina velocidad síncrona (SS).

Debido a la naturaleza de conmutación del circuito inversor, los VFD pueden crear problemas de calidad de energía (PQ) al introducir armónicos en el sistema eléctrico de la planta. Además, los VFD también pueden ser sensibles a problemas de PQ entrantes, lo que provoca que se apaguen. Muchos VFD tienen componentes electrónicos internos que indican la causa del apagado. Estos códigos comunes asignan la causa de la sobretensión, sobrecorriente, sobrecarga, voltaje, desequilibrio de corriente, sobretemperatura o fallas externas. Esta información es importante, pero la verdadera pregunta es: ¿Qué causó la condición de falla? ¿La condición de falla es causada por el VFD o experimentada por el VFD?

Si el VFD experimenta la falla, podría ser el resultado de energía entrante, problemas de conexiones, cualquiera de los muchos problemas de motores o fallas en la máquina accionada o en el proceso mismo. Si la falla es causada por el VFD, podría ser el resultado de una avería o de componentes electrónicos defectuosos. Entre las fallas comunes se encuentran los diodos en la sección del rectificador, los capacitores en el bus de CC o la avería o falla de un semiconductor en la sección del inversor.

El análisis del circuito del motor (MCA) es una técnica de prueba de motores que inyecta una serie de señales de CA y CC de bajo voltaje a través de los devanados del motor para evaluar minuciosamente todo el sistema del motor mientras el motor está desenergizado. Las pruebas de motor MCA se pueden realizar directamente en el motor o de forma remota desde la salida del VFD. A diferencia de las pruebas tradicionales de motores desenergizados que no logran identificar problemas en el rotor o el desarrollo de fallas en el aislamiento del devanado, las pruebas MCA brindan una indicación temprana del desarrollo de fallas en el sistema de aislamiento de la pared de tierra y el aislamiento que rodea a los conductores utilizados para crear las bobinas en el estator, así como también los existentes. o desarrollar fallas en la parte eléctrica de los rotores.

MCA puede identificar fallas en las primeras etapas, pero también puede confirmar rápidamente que el motor está "bueno", lo que puede eliminar el motor como la causa del disparo del VFD. Al realizar la prueba de tres minutos desde la salida del VFD, un resultado "bueno" no sólo indica que el motor está en buenas condiciones sino también que todo el cableado y los componentes eléctricos asociados en el circuito probado también están en buenas condiciones.

Sin embargo, si los resultados indican "malo", se realiza una prueba adicional de tres minutos directamente en el motor. Si el motor prueba "bien", esto significa que la prueba se realizó correctamente y la falla está en el cableado o el controlador. Si el motor indica una falla en desarrollo, hay pruebas MCA opcionales disponibles para determinar si la falla está en el circuito eléctrico del rotor o del estator.

Las pruebas de CC de bajo voltaje brindan indicaciones de problemas de conexión en el circuito bajo prueba para confirmar que todas las conexiones externas e internas estén suficientemente apretadas. La serie de pruebas de CA examina el aislamiento del devanado e identifica los pequeños cambios que ocurren en la composición química del aislamiento del devanado a medida que el aislamiento entre los conductores comienza a degradarse.

La prueba dinámica opcional requiere la rotación manual del eje del motor bajo prueba y desarrolla una firma del estator que identifica cualquier falla en desarrollo en el aislamiento que rodea los conductores en las bobinas que componen el sistema de devanado del estator. Las firmas del rotor identifican fallos en el sistema eléctrico del rotor, como excentricidad estática o dinámica, grietas, roturas o huecos en las barras del rotor o en los anillos finales.

El análisis de firma eléctrica (ESA) utiliza el voltaje y la corriente de entrada y salida del VFD para analizar rápidamente la condición y la calidad de la energía que se suministra al variador, así como la salida de voltaje y corriente del variador al motor. Cada una de estas pruebas requiere menos de un minuto. La realización de pruebas de motor ESA en la entrada y salida del variador proporciona un perfil completo de potencia de entrada y salida.

Cada prueba realiza una captura de datos simultánea de las tres fases de voltaje y corriente para crear tablas PQ para cada una de las tres fases, captura, muestra y almacena 50 milisegundos (ms) de las formas de onda de voltaje y corriente para las tres fases. Además, 50 segundos de las formas de onda de voltaje y corriente se digitalizan y se utilizan para realizar transformadas rápidas de Fourier (FFT) de alta y baja frecuencia en el voltaje y las corrientes de entrada y salida.

El voltaje de entrada al variador proporciona información valiosa que indica el estado del voltaje entrante suministrado al variador. Calcula cualquier tensión, desequilibrio de corriente o contenido armónico en la tensión o corriente entrante. La corriente de entrada indica la condición del diodo en la sección rectificadora del variador. La imagen 2 muestra la forma de onda actual con todos los diodos disparando correctamente. En la Imagen 3, se puede determinar rápidamente que uno o más diodos no están disparando correctamente.

El voltaje de salida del variador proporciona información sobre el estado del variador y la calidad de la energía que se proporciona al motor. Esto incluye, entre otros, el funcionamiento adecuado o inadecuado de los semiconductores en los circuitos inversores y el desarrollo de fallas en los capacitores del bus de CC. La imagen 4 proporciona una instantánea de una fase de la salida de voltaje del variador, que es el voltaje de entrada al motor.

Todas las formas de onda del voltaje de salida deben ser relativamente uniformes y simétricas. Las formas de onda de voltaje asimétricas indican IGBT defectuosos o fallidos. Las ondulaciones en la parte plana de las partes positiva y negativa de las formas de onda son una indicación de condensadores defectuosos en el bus de CC. Un condensador de 20 dólares averiado puede destruir un disco completo.

La corriente del motor actúa como un transductor sensible para el sistema motor. Cualquier falla existente o en desarrollo en el motor, la máquina accionada o el proceso mismo hará que la corriente del motor se module. Estas modulaciones en la corriente de salida indican la condición eléctrica o mecánica o cualquier anomalía en el proceso mismo. Una FFT en las formas de onda de voltaje y corriente digitalizadas identifica fallas en el motor, como barras del rotor rotas o agrietadas, excentricidad estática o dinámica.

La indicación temprana del desarrollo de fallas en los rodamientos de los elementos rodantes, el equilibrio y la condición de alineación de los componentes giratorios del motor o de la máquina accionada también se pueden identificar rápidamente utilizando las mismas frecuencias de falla reconocidas desde hace mucho tiempo en el análisis de vibraciones.

El software de la ESA combina toda la información recopilada en el proceso de adquisición de datos de 50 segundos y los compara con estándares, pautas y algoritmos predeterminados para crear los gráficos, tablas y visualizaciones necesarios para evaluar la condición de todo el sistema del motor, desde la energía entrante hasta el proceso. Al finalizar la evaluación, la ESA crea un informe completo y detallado que no solo destaca los problemas en desarrollo en la parte eléctrica, las fallas en la máquina impulsada u otros equipos conectados al motor, sino también las anomalías en el proceso que podrían causar que se dispare el VFD. . El informe elaborado también detalla mediciones que se encuentran dentro de pautas predeterminadas, eliminando así la mayoría de las conjeturas normalmente asociadas con la resolución de problemas de VFD.

Al incorporar MCA y ESA en el proceso de resolución de problemas estándar del VFD, el analista tiene la información más detallada disponible para determinar rápidamente si la falla es causada por el VFD o si la experimenta el VFD. El MCA de tres minutos identifica motores defectuosos y puede eliminar el motor como la causa de la falla y garantizar que, si se instala un motor nuevo, esté libre de fallas. La ESA confirma que la alimentación que entra y sale del VFD está libre de fallas en una prueba que dura menos de 1 minuto.

William Kruger se unió a ALL-TEST Pro como director técnico en 2004. Puede comunicarse con él en [email protected]. Para obtener más información, visite alltestpro.com.