Pérdida de fase de salida

En la Figura 17 se muestra un ejemplo del frenado dinámico para un variador. Si los parámetros que gobiernan el método de frenado elegido no se configuran correctamente, pueden ocurrir fallas por sobrecorriente. Mucho de esto es prueba y error; las cargas pueden cambiar dependiendo de la aplicación, y puede ser necesario experimentar para determinar la mejor configuración para usar en el rango de condiciones normales de funcionamiento.

2.6.1.5 Comando de Marcha del motor

Mientras el motor se detiene por inercia, retiene una inercia considerable. Si se envía un comando de marcha durante la marcha por inercia, el variador puede experimentar un aumento de corriente a través del bus de CC. Muchas unidades tienen una configuración interna para "atrapar un motor volador"; es decir, determinar su velocidad y emparejarla con la salida de la unidad. Controlando cuidadosamente la corriente, se puede evitar una falla por sobrecorriente. La activación de esta función es típicamente una cuestión de ajustar algunos parámetros, y depende hasta cierto punto del método de control seleccionado (V/f, vector de lazo abierto o vector de lazo cerrado). Cambiar las condiciones de carga también puede significar que se necesita algo de prueba y error para obtener la configuración correcta.

Si bien existen otras causas para las fallas por sobrecorriente, las anteriores constituyen un gran porcentaje de ellas.

está indicado por "LF" (Tabla 7). Esta condición puede resultar de una serie de problemas relacionados con el cableado de salida, el motor conectado o la sección de salida (inversor) del VFD. Una de las causas más comunes es una interrupción en la conexión al motor, ya sea en los cables del motor (cables del variador al motor) o en el propio motor. Las roturas pueden producirse sin darse cuenta, como cuando ocurre un cortocircuito en uno o más de los cables del motor; o deliberadamente, por ejemplo, cuando un contactor está ubicado entre la salida del variador y el motor, pero falla o no está correctamente enclavado con el funcionamiento del variador.

Tabla 7

Solución de problemas de fallas de pérdida de fase de salida de la serie GA800.

Código Nombre Causas Posibles soluciones

LF

Pérdida de fase de

salida

El cable del circuito principal del motor está desconectado.

Conecte el cableado del cable del circuito principal del motor. Corrija los errores de cableado en la potencia de entrada del

variador del circuito principal.

Hay desconexión en el devanado de la bobina del

motor.

Si se desconecta una bobina, mida la resistencia de línea a línea del motor y

reemplace el motor.

Los tornillos de los terminales de salida del variador están

flojos.

Apriete los tornillos de los terminales con el par de apriete correcto.

La corriente de salida nominal del motor es inferior al 5% de

la corriente nominal del variador.

Examine la capacidad del variador o la salida del motor que se aplicará.

Está intentando utilizar un motor monofásico.

El variador no puede operar un motor monofásico.

El transistor de salida del variador está dañado.

Vuelva a energizar la unidad.

Si la falla dice, reemplace el tablero de control o el variador. Para obtener información sobre cómo reemplazar el tablero de control, comuníquese con el

fabricante.

Nota:

El variador detecta esta falla si se produce una pérdida de fase en el lado de salida del variador.

Realice un restablecimiento de fallas para borrar la falla.

Configure L8-07 (Selecciones protección de pérdida de fase de salida) para habilitar y deshabilitar la detección de LF.

Fuente: Yaskawa America, Inc.

Ambas condiciones pueden dañar gravemente la unidad, por lo que la unidad falla y

se apaga, generalmente antes de que se produzcan daños en la unidad. Como suele ocurrir con las fallas, la causa debe corregirse antes de que el variador pueda reiniciarse para reanudar el funcionamiento. Examinemos algunas de estas causas con más detalle; esto nos dará una idea de las medidas correctivas adecuadas.

Los cortocircuitos del motor generalmente ocurren como resultado de una falla en el aislamiento del devanado. A medida que los motores envejecen, sus sistemas de aislamiento se dañan gradualmente. Esta avería puede ser el resultado de varios factores, incluido el calentamiento interno, la vibración, el desequilibrio de voltaje entre las fases, las conexiones sueltas (de alta resistencia), las corrientes de circulación parásitas, etc. Además, cuando se emplean sistemas de variadores de frecuencia, el aislamiento del motor puede verse a tensión de voltaje adicional. Este es el resultado de los tiempos de aumento rápido de los pulsos de voltaje de las salidas típicas del VFD de modulación de ancho de pulso (PWM) al motor interactuando con las impedancias del motor y el cableado de conexión (Figura 18).

Figura 18. Un pulso PWM con un valor dV/dt alto puede causar un gran sobreimpulso de voltaje. Fuente: ABB, Inc.

No es raro ver voltajes en los terminales del motor de entre dos y cuatro veces el voltaje de línea. Los motores más nuevos están construidos con sistemas de aislamiento diseñados para manejar estos niveles de voltaje más altos, pero muchos motores más antiguos no lo son. Deseosos de aprovechar las oportunidades de ahorro de energía que puede brindar un VFD, o frente a la necesidad de un control de velocidad ajustable a medida que cambian los

procesos, muchos usuarios optan por los variadores sin evaluar cuidadosamente el estado de sus motores existentes. A veces, los motores con sistemas de aislamiento comprometidos por años de uso se actualizan con control VFD, solo para hacer que los motores fallen con relativa rapidez. Si los usuarios prestan mucha atención y realizan el mantenimiento preventivo adecuado en estos motores, a menudo hay señales de advertencia tempranas de una falla inminente del aislamiento. Una de esas señales puede ser una falla por sobrecorriente del variador presentado en un ítem anterior.

Los VFD también pueden elevar las temperaturas internas del motor al hacer que fluyan corrientes circulantes parásitas entre el estator y el rotor, y entre el eje y los cojinetes.

Estas corrientes se forman debido a capacitancias internas que se desarrollan debido a que los motores no son perfectamente simétricos magnéticamente. Las variaciones en los materiales y métodos durante la fabricación pueden resultar en rotores ligeramente excéntricos; las ranuras del rotor y del estator provocan desequilibrios de flujo que varían con la velocidad del motor; la disposición de los devanados nunca está perfectamente controlada; etc. Los voltajes del eje pueden resultar en cualquier motor, impulsado por VFD o no, debido a esta disimetría. Los voltajes de bajo nivel a menudo no son una preocupación.

Sin embargo, pueden producirse voltajes de eje más altos cuando se usa un VFD PWM, porque las capacitancias internas del motor pasan fácilmente los pulsos de corriente de alta frecuencia generados por el variador. Los voltajes de eje más altos dan como resultado un aumento de las corrientes de circulación y un aumento de las temperaturas internas. Más allá de eso, una vez que los voltajes del eje se vuelven lo suficientemente altos, pueden descomponer el dieléctrico de la grasa lubricante de los rodamientos y causar picaduras y estrías en los rodamientos y pistas, lo que se conoce como mecanizado por descarga eléctrica (EDM siglas en inglés: Electrical Discharge Machining) (Figura 19). Si estos cojinetes dañados no se reemplazan, esto genera una tensión adicional en el motor.

Figura 19. Daño de la pista de rodamiento como resultado de EDM. Fuente: Weg Electric.

La otra causa más común de cortocircuito del motor se debe a que las terminaciones del motor se aflojan. El espacio dentro de las cajas de terminación del motor es limitado y los cables del motor a menudo no son largos. En motores más antiguos, las etiquetas de cableado pueden volverse ilegibles o caerse. Es responsabilidad del personal calificado asegurarse de que las terminaciones estén hechas y aisladas adecuadamente, y luego inspeccionadas periódicamente para asegurar su integridad.

Las fallas en los cables del VSD al motor también pueden causar fallas de pérdida de fase de salida. Las fallas de línea a línea y de línea a tierra son las más obvias y pueden ser causadas por una serie de factores ambientales, mecánicos o eléctricos. Uno de estos factores eléctricos, la descarga por efecto corona, está directamente influenciado por el uso de un VFD. El efecto corona es esencialmente la ionización del aire que rodea un campo eléctrico y la consecuente ruptura del aire adyacente. Si el aislamiento del cable no es suficiente para el voltaje impreso en el conductor, el campo eléctrico puede "filtrarse" en los puntos débiles e ionizar el aire circundante. Esto crea ozono en el sitio, que a su vez provoca la descomposición de los compuestos de caucho en el aislamiento. Si hay humedad, también puede producir ácido nítrico, que descompone aún más los compuestos del aislamiento. Con el tiempo, esto conduce a una falla prematura del aislamiento. Los VFD PWM contribuyen a esto porque, como se mencionó anteriormente, generan pulsos de tiempo de aumento rápido que aumentan del 10% al 90% del voltaje pico del bus en aproximadamente 0,1 µs.

Por tanto, estos pulsos presentan frentes de onda de alta frecuencia muy pronunciados

que atraviesan la longitud de los cables y “chocan” de cabeza contra los terminales del motor, que presentan una impedancia muy diferente a la de los cables. Luego, los pulsos se reflejan parcialmente en los cables, donde, bajo ciertas condiciones, se agregan al voltaje que se envía desde el VFD. Si los cables son largos (digamos, 50 m o más), y las diferencias entre las impedancias del cable y del motor son suficientes, los pulsos se pueden agregar significativamente, lo que resulta en altos voltajes a través del cable y en los terminales del motor (Figura 20). Estos altos voltajes hacen que los componentes sean más susceptibles a la descarga por efecto corona y, por lo tanto, a fallas prematuras.

Figura 20. Voltaje reflejado en los terminales del motor con timbre. Fuente: ABB, Inc.

Otras dos condiciones menos comunes también pueden provocar una pérdida de fase de salida. Primero, si la corriente de carga completa del motor es muy bajo en comparación con la capacidad de salida del variador, es posible que el variador no pueda reducir su salida lo suficiente durante un período prolongado y fallar por pérdida de fase. En segundo lugar, la propia unidad puede haber fallado; un transistor de salida en cortocircuito o abierto (IGBT) o una falla en la placa controlada pueden ser los culpables.

Para reducir la probabilidad de picaduras en los cojinetes, los fabricantes de motores a veces proporcionan aislamiento de los cojinetes, normalmente en el ODE (opuesto al extremo de transmisión) pero opcionalmente en ambos cojinetes. A veces, aislar el rodamiento ODE es suficiente para interrumpir el flujo de corriente a través de los rodamientos y reducir el EDM. Sin embargo, bajo las tensiones eléctricas más altas inducidas por voltajes más altos o un tamaño de bastidor de motor más grande, también se pueden

instalar anillos de puesta a tierra del eje como los fabricados por Electro Static Technology (Figura 21) para unir eléctricamente el eje al bastidor. El uso de aislamiento de cojinetes y conexión a tierra del eje garantizará la protección de los cojinetes, así como eliminará las rutas de corriente a través de ejes directamente acoplados de equipos impulsados.

Figura 21. Anillo de puesta a tierra del eje Aegis® SGR. Fuente: Tecnología Electroestática.

Además, asegúrese de que el cable utilizado sea adecuado para aplicaciones de variadores. Si bien los métodos de instalación juegan un papel más importante, los materiales de construcción y la impedancia del cable resultante también son importantes a tener en cuenta. Un aislamiento más grueso y el uso de cableado VFD multiconductor correctamente construido pueden reducir el efecto de adición de voltaje del acoplamiento capacitivo y el daño de la descarga de corona. Los cables en entornos sujetos a humedad deben clasificarse como tales; por ejemplo, el polietileno reticulado (XLPE) está diseñado para entornos húmedos y, si es lo suficientemente grueso, puede resistir la descarga por efecto corona con mayor eficacia.

También es fundamental asegurarse de que se cumplan los métodos de instalación adecuados. En los casos en los que no se utilice un cable con clasificación VFD, asegúrese de que los conductores estén enrutados en un conducto de acero y estén debidamente

conectados a una tierra del sistema común. Si no se conecta a tierra correctamente, se pueden formar bucles de tierra en circulación y provocar fallas en el equipo conectado, así como ruido EMI y RF. Donde el variador estaría ubicado lejos del motor, evalúe si una ubicación más cercana podría funcionar. Las recomendaciones de longitud de los cables del motor varían según el fabricante; consulte sus sitios en línea o sus respectivos manuales VSD IOM para obtener información específica. Si es inevitable que los cables del motor sean más largos, considere el uso de un filtro de salida del variador, mencionado anteriormente.