Mejore la solución de problemas de la unidad de frecuencia variable

Las mejoras en la tecnología de accionamiento de frecuencia variable (VFD) han resultado en 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 fallas. Sin embargo, la causa de estas fallas a veces puede ser difícil de localizar y corregir. Sin embargo, las pruebas de motores desenergizados y energizados 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 solución de problemas de VFD.

Un VFD rectifica la alimentación 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 los interruptores de semiconductores que convierten el voltaje de CC en un voltaje de CA trifásico variable y entrada de frecuencia al motor.

Al controlar la cantidad de tiempo que los semiconductores (rectificador controlado por silicio [SCR] o transistor bipolar de puerta aislada [IGBT]) están encendidos, 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 el campo magnético gira alrededor del estator. La velocidad a la que el campo magnético se denomina velocidad sincrónica (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 los problemas de PQ entrantes, lo que hace 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 la alimentación entrante, problemas de conexión, 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 fallas en los componentes electrónicos. Entre las fallas comunes se encuentran los diodos en la sección del rectificador, los capacitores en el bus de CC o la ruptura o falla de un semiconductor en la sección del inversor.

El análisis del circuito del motor (MCA) es una técnica de prueba del motor que inyecta una serie de señales de CA y CC de bajo voltaje a través de los devanados del motor para evaluar a fondo 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 de motores desenergizados tradicionales que no logran identificar los problemas del rotor o el desarrollo de fallas en el aislamiento del devanado, las pruebas de MCA brindan una indicación temprana de fallas en desarrollo en el sistema de aislamiento de la pared de tierra y el aislamiento que rodea los conductores utilizados para crear las bobinas en el estator, así como también en los conductores 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 "bien", 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 solo 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 rotor o en el circuito eléctrico del estator.

Las pruebas de CC de bajo voltaje proporcionan una indicación de los problemas de conexión en el circuito que se está probando para confirmar que todas las conexiones externas e internas están lo suficientemente ajustadas. La serie de pruebas de CA ejercitan el aislamiento del devanado e identifican 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 a los conductores en las bobinas que forman el sistema de devanado del estator. Las firmas del rotor identifican fallas en el sistema eléctrico del rotor, como excentricidad estática o dinámica, grietas, roturas o vacíos de fundición en las barras del rotor o en los anillos de los extremos.

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 de 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 la condición del voltaje de entrada suministrado al variador. Calcula cualquier tensión, desequilibrio de corriente o contenido armónico en la tensión o corriente de entrada. La corriente de entrada indica la condición del diodo en la sección del rectificador del variador. La imagen 2 muestra la forma de onda actual con todos los diodos encendidos correctamente. En la Imagen 3, se puede determinar rápidamente que uno o más de los diodos no se encienden correctamente.

El voltaje de salida del variador brinda información sobre la condición del variador, así como la calidad de la energía que se proporciona al motor. Esto incluye, entre otros, el funcionamiento correcto o incorrecto 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 no simétricas indican fallas o fallas en los IGBT. Las ondulaciones en la porción plana de las porciones positiva y negativa de las formas de onda son una indicación de capacitores defectuosos en el bus de CC. Un capacitor defectuoso de $20 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 de rotor rotas o agrietadas, excentricidad estática o dinámica.

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

El software 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 pantallas necesarios para evaluar la condición de todo el sistema del motor desde la energía entrante hasta el proceso. Al finalizar la evaluación, ESA crea un informe completo y detallado que no solo destaca los problemas en desarrollo en la parte eléctrica, el desarrollo de fallas en la máquina accionada u otro equipo conectado al motor, sino también las anomalías en el proceso que podrían causar que el VFD se dispare. . El informe producido también detalla las mediciones que se encuentran dentro de las pautas predeterminadas, eliminando así la mayoría de las conjeturas normalmente asociadas con la solución de problemas de VFD.

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

William Kruger se incorporó a ALL-TEST Pro como director técnico en 2004. Se le puede contactar en [email protected]. Para obtener más información, visite alltestpro.com.