Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Mejores prácticas de medida para localizar averías en motores y accionamientos Ponente Roberto Poyato Technical Sales Manager Iberica Power Quality Senior Product Specialist - EMEA Licenciado en Ciencias Físicas Especialidad Electrónica Experiencia de más de 20 años en mantenimiento, equipos electrónicos e instalaciones de potencia roberto.poyato@fluke.com Tel.: 91 8060553 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 1 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Índice Introducción Principios del variador de velocidad Medidas básicas y seguridad Medidas en la entrada Medidas en el variador de velocidad y en su salida Medidas en el motor / tren de transmisión Introducción Los motores utilizan el 65% de toda la energía producida. La reducción del tiempo de inactividad de los motores es un esfuerzo que compensa Una mayor capacidad de localización de averías en su planta supone un mayor tiempo de actividad. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 2 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Su tiempo: un recurso valioso ¿Por qué es importante para su trabajo la localización y el diagnóstico de averías en motores? ¿Cómo gestiona su organización los problemas en motores en la actualidad? Módulo A: Principios del variador de velocidad Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 3 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Tecnología del inversor • • • • CA rectificada a CC Se filtra el rizado o ruido residual Tensión CC y transistores para la modulación por ancho de pulso de la salida Produce una señal de salida con modulación por ancho de pulso (PWM), con control de tensión y frecuencia • El motor produce par y movimiento controlando la carga mecánica 1er Paso, conversión CA a CC • La tensión alterna trifásica se rectifica a una tensión CC constante Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 4 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 2o Paso, tensión CC con modulación por ancho por pulso El control del tiempo de encendido/apagado de una serie de transistores genera una forma de onda de salida con modulación por ancho de pulso 3er Paso, el motor produce par y movimiento Conversión de tensión trifásica de entrada a CC seguida de modulación por ancho de pulso de la tensión CC para producir una forma de onda de salida trifásica controlada para accionar el motor Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 5 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Instalación de motores Las condiciones varían en cada caso Tensión de suministro nominal Desequilibrio de tensión Transitorios Armónicos Factor de potencia Desequilibrio de tensión Desequilibrio de corriente Corriente Sigma y corriente PE Señales de control Transitorios de salida Perturbaciones Armónicos Relación tensión-frecuencia Apagado para diagnóstico Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 Sobrecarga del motor Funcionamiento en monofásico Fallos en los rodamientos Desalineación Desequilibrio Holguras Fallos del aislamiento Tensión del eje y corrientes en los rodamiento 6 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Clasificación de seguridad de las herramienta de medida. IEC61010-1 o EN61010-1 CAT I Equipos electrónicos protegidos, como la sección de alta tensión de una copiadora. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 7 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 CAT II Cargas conectadas a bases de alimentación, como aparatos domésticos y herramientas portátiles. CAT III Distribución trifásica, como cuadros de distribución y motores polifásicos en instalaciones fijas. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 8 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 CAT IV Alimentación trifásica en la acometida de la red. Certificación del instrumento de medida ¿Se ha verificado el instrumento por un organismo independiente o simplemente se ha “diseñado para cumplir” IEC 61010? Certificaciones UL, CSA, VDE, TÜV, o MSHA Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 9 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Sistemas trifásicos en entornos de Cat III Aspectos a verificar Aspectos a evitar • Confirmar que el instrumento • Combinar instrumentos de para las pruebas tiene la CAT III con accesorios de categoría adecuada para el categoría inferior. uso. — los accionamientos • Cortocircuitar puntos de normalmente se consideran prueba con tensiones de CAT III referencia diferentes con un • Utilice equipos dispositivo de entrada de protección multicanal no aislado con personal tierra común. adecuados— • Sujetar el medidor durante las siempre. pruebas. Apóyelo o cuélguelo. Equipos de protección personal Utilice equipos de protección personal según la norma NFPA70E . Consejo: Si bien hay muchos medidores " sin contacto " que no requieren la conexión directa a los contactos, esto no exime del uso de los Equipos de Protección Personal adecuados de a cuerdo a la zona de trabajo Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 10 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Módulo BIntroducción a las medidas en la entrada Introducción a las medidas en la entrada Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 11 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 ¿Qué son la tensión, corriente y frecuencia nominales del suministro? • La tensión, la corriente y la frecuencia nominales del suministro son las características de la tensión suministrada al variador de velocidad del motor bajo condiciones operativas normales. Medida de la tensión, la corriente y la frecuencia del suministro • Utilice un analizador de calidad eléctrica conectado a la entrada del variador de velocidad. • Mida primero en el lado de entrada del variador, posteriormente si es necesario en la entrada del servicio. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 12 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Interpretación de la tensión, la corriente y la frecuencia del suministro • Una medida fuera del rango del 10% del valor nominal significa que hay potencialmente un problema con la tensión de suministro durante el periodo de medición. • Conecte un analizador de calidad eléctrica para el registro de la tensión a largo plazo • Posteriormente, compruebe el desequilibrio. Ventajas del diagnóstico • Se llega más rápido a la solución del problema. • Se evita la molestia de que un fallo por baja tensión en la entrada del inversor haga saltar la protección. • Se evitan daños al variador de velocidad del motor. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 13 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados ¿Qué es el desequilibrio de tensión y corriente? Se produce cuando las tensiones o las corrientes trifásicas difieren en magnitud. Un desequilibrio del 2 al 3 % de tensión tiene el potencial de causar problemas de accionamiento Aspectos avanzados Medida del desequilibrio • Utilice un analizador de calidad eléctrica trifásico correctamente conectado al suministro de entrada del variador de velocidad del motor. • Mida las tres fases simultáneamente para evaluar el impacto de los cambios de carga Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 14 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados Medida manual del desequilibrio Utilice un multímetro digital para medir cada fase de la entrada del variador de velocidad del motor. Cálculo manual del desequilibrio Aspectos avanzados % desequilibrio = (desviación máx. del valor promedio de V o I) / valor promedio de V o I) x 100. Ejemplo: 30 + 35 + 30 = 95 95/3 = 31.7 corriente promedio 35 - 31.7 = 3.3 desviación máxima 3.3/31.7 = .104 .104 x 100 = 10.4% desequilibrio de corriente Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 15 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados Interpretación del desequilibrio • Un desequilibrio de tensión superior al 2% es potencialmente problemático. • Un desequilibrio de corriente superior al 6% es potencialmente problemático. • A continuación, compruebe la existencia de transitorios. Aspectos avanzados Ventajas del diagnóstico Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 • Se evitan situaciones de fallo por sobrecorriente que pueden provocar el disparo de la protección. • Se evitan temperaturas elevadas en el motor. 16 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 ¿Qué son los transitorios? • Un transitorio es una tensión temporal indeseada en un circuito eléctrico. • Los transitorios pueden presentar una amplia gama de formas de onda, amplitudes y duraciones. Medida de Transitorios Utilice un analizador de calidad eléctrica trifásica que cuente con la función de captura de transitorios seleccionada y ajuste el valor de captura por encima de los 50 V de la tensión nominal. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 17 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Interpretación de los Transitorios • Los Transitorios > 50 v por encima de la tensión nominal son potencialmente problemáticos. • Si no mide ningún transitorio, mida durante un periodo de tiempo más largo. Ventajas del diagnóstico • Se prolonga la vida útil tanto del motor como de su variador de velocidad. • Se evita que disparen los circuitos de protección contra sobretensiones. • La identificación de transitorios ayuda a aislar fallos en el cableado de las instalaciones. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 18 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados ¿Qué son los armónicos? • Los armónicos son componentes de frecuencia múltiplo de la forma de onda fundamental. • P. ej., el tercer armónico de 50 Hz es 150 Hz. El quinto armónico de 50 Hz es 250 Hz. Descomposición Serie de Fourier Fourier Señal no Aspectos avanzados senoidal fbase=50 Hz Tbase=20 ms Componentes senoidales Amplitud de frecuencia k•50 1 2 3 4 5 6... C1 C2 C3 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 C4 C5 Orden armónico 19 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Medida de los armónicos, THD, FD Aspectos avanzados Tensión armónica Tensión senoidal cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la tensión de alimentación Amplitud relativa (Uh) de cada armónico con relación a la tensión Individualmente EVALUACION fundamental (U1) Valor rms de cada armónico Distorsión armónica total 40 THD = ∑ U 2h h =2 U1 40 Globalmente Factor de Distorsión FD = ∑U h=2 2 h U TotalRMS Con Uh el valor rms correspondiente al armónico h Aspectos avanzados Medida de los armónicos • Utilice un analizador de calidad eléctrica para medir los armónicos. • Mida tanto los armónicos de tensión como de corriente Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 20 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados Interpretación de los armónicos • Un THD (distorsión armónica total) en tensión superior al 6% es potencialmente problemático. • Si el THD es superior al 6%, identifique qué armónicos son más prominentes. • Es normal cierta distorsión armónica de corriente • Posteriormente, compruebe el factor de potencia. Problemas asociados a los los armónicos Aspectos avanzados Efecto “Skin” I Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 • Las corrientes armónicas tienden a circular a través de una fina corona externa del conductor, reduciendo la sección eficaz del mismo, y provocando, en definitiva, su sobrecalentamiento. • 1 amperio del armónico de orden n provoca un calentamiento n2 veces superior al de la misma corriente de la componente fundamental • Este sobrecalentamiento es patente en conductores, maquinas eléctricas y protecciones 21 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Problemas asociados a los Disparo intempestivo de las protecciones los armónicos Aspectos avanzados • Las protecciones magnetotérmicas disparan de forma intempestiva ante presencia de armónicos, aunque la corriente no exceda del valor de disparo, por dos posibles motivos: • Disparo térmico por sobrecalentamiento excesivo de la bilámina por el efecto skin • Disparo magnético por el excesivo valor de pico de la corriente • Las protecciones diferenciales disparan de forma intempestiva ante la presencia de armónicos, porque las corrientes armónicas encuentran en las: - capacidades parásitas de la electrónica de entrada de las cargas no lineales - y en los filtros capacitivos de dichos dispositivos una derivación de muy baja impedancia a tierra. Hay que tener en cuenta que la impedancia de un condensador disminuye de forma inversamente proporcional con la frecuencia: Z = 1/ωC = 1/(2πfC) ⇒ si f↑ entonces Z↓ Problemas asociados a los los armónicos Aspectos avanzados Corrientes armónicas en el neutro IL1 IL3 N L1 L2 L3 Para cada instante t, la suma de las tres corrientes fundamentales se anula IN IL2 En todo momento, IN = IL1 + IL2 + IL3 (1º ley de Kirchoff) Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 Para cada instante t, la suma de las tres corrientes triplen se refuerza en el neutro dando lugar a corrientes iguales o mayores a las de las fases Lo producen los armónicos de secuencia cero (3 y sus múltiplos) 22 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Problemas asociados a los Resonancia en las baterías de condensadores los armónicos Aspectos avanzados • Los condensadores no generan armónicos (son cargas lineales), pero forman circuitos resonantes L-C con la inductancia del transformador de la instalación • La característica de un circuito resonante es la de amplificar las corrientes cuya frecuencia coincide con la frecuencia de resonancia del circuito L-C: 1 fr = 2π LC • Si en la instalación hay corrientes armónicas a la frecuencia de resonancia, se amplificarán de forma desproporcionada, provocando la apertura de las protecciones de la batería de condensadores, o su explosión Iarm L ↑Iarm C Ventajas del diagnóstico Aspectos avanzados • Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 • • Se evitan costes de reparación derivados de una distorsión armónica excesiva. Se evita el sobrecalentamiento de los transformadores. Se evita el sobrecalentamiento de los motores. 23 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 ¿Qué es el factor de potencia? • La energía es la capacidad para realizar trabajo. • La potencia es la energía / tiempo. • El factor de potencia es la relación de la potencia activa (W) utilizada en un circuito de CA con respecto a la potencia aparente (VA) entregada al motor. Medida del factor de potencia Utilice un analizador de calidad eléctrica trifásica ajustado para Potencia y Energía con sondas de tensión y corriente conectadas empleando la polaridad correcta y con la flecha (en las sondas de corriente) apuntando hacia la carga que se está midiendo. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 24 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Interpretación del factor de potencia • Un factor de potencia inferior a 1 indica que el circuito no está funcionando con plena eficiencia. • Una medida inferior a 0,9 indica un problema potencial. • Aunque un factor de potencia inferior a 0,9 puede ser aceptable en algunas condiciones. Factor de Potencia Penalizaciones por factor de potencia Nuevas tarifas de la energía reactiva para el 2010, de acuerdo al BOE 31/12/2009 50 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 25 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico • La identificación y la corrección de un factor de potencia bajo ahorra dinero en la factura eléctrica. • Se evitan las caídas de tensión y el sobrecalentamiento al identificar las limitaciones en la capacidad de la instalación. Pérdidas de energía Las corriente armónicas generadas por la electrónica de potencia, desequilibrios de tensión y corriente o una sección inadecuada del cableado pueden dar lugar e un incremento de las pérdidas energéticas a lo largo de los cables que alimentan el variador de velocidad, estas pérdidas dan lugar a un incremento del calor generado en los cables y una factura eléctrica mayor. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 26 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Pérdidas de energía Ahora Fluke puede medir estas pérdidas de energía y cuantificarlas a nivel económico utilizando el nuevo analizador de energía y Calidad Eléctrica Fluke 435 SII que implementa algoritmos de Potencia unificada patentados por la Universidad politécnica de Valencia Pérdidas de energía Dónde instalar el Fluke 435 SII es un asunto de comprender lso dos modos de cálculo: a) Modo automático. 435 SII calcula la parametrización del cableado asumiendo unas pérdidas en potencia activa del 3% b) Modo manual. Se debe introducir manualmente la longitud y sección del cableado Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 27 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Pérdidas de energía Potencia activa kwatios Pot. reactiva (no útil) Pot. asociada a desequilibrios Pot. asociada a armónicos Corriente por el neutro Coste total de las péridas por hora y año Conocido el cableado y el coste del kWh (hasta 4 tarifas diarias diferentes) el Fluke 435 SII mostrará las pérdidas de energía a lo largo de los cables asociadas a la potencia activa, reactiva, armónica y desequilibrio y corrientes por el neutro y su coste económico por hora y al año. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 28 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico • Se identifican las pérdidas de energía y su origen en los cables • Se proporciona el coste económico asociado a las pérdidas • Proporciona una información muy valiosa para buscar la solución adecuada (baterías de condensadores, filtros activos o pasivos, etc.) • Ayuda a la empresa a reducir los costes y mejorar la eficiencia energética Inrush current during start-up Many times, protections trigger at start up of machines due excessive initial current or inrush current. Many motor drives can be programmed in order to provide a soft start demanding current progressively and avoiding that inrush current that could trigger the protection. Checking the proper soft start of motor drives is quite simple. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 29 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Inrush current during start-up In order to analyze the start up of the system we have several possible options. One is to program the Power Analyzer to perform an inrush test providing RMS trends. The other one is simply to register continuously the voltage and current waveforms during the start up in order to see the instantaneous values. Inrush current during start-up Check the peak currents and their duration. Use the cursor for readout of momentary values. Check if fuses, circuit breakers, and conductors in the power distribution system can withstand the inrush current during this period. Check also if phase voltages stay stable enough. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 30 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Inrush current during start-up Use the new Power Wave function of Fluke 435 SII in order to record continuously voltage and current waveforms up to 5 minutes. Check voltage and current waveforms along time, use cursors to measure instantaneous values and find transients or disturbances that could trigger the protection. Waveforms can provide a very detailed information about he behavior of the system! Diagnostic benefits • Identifying high peak currents reduces the risk of circuit breakers tripping unexpectedly. • Measuring Inrush Current can help in setting trip levels since the Analyzer simultaneously captures Inrush Current and Voltage Trends. • Long time waveform registers will help understanding random problems associated to protections + motor drives, which could be really difficult to show in another way. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 31 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Módulo CMódulo de medidas en el variador de velocidad y en su salida Introducción medidas del accionamiento y de salida Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 32 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 ¿Qué es el bus de CC? • El bus de CC funciona como una tensión intermedia • Tensión continua (CC) obtenida a partir del rectificador de CA • Suministro de energía constante al circuito inversor Medida de la tensión del bus de CC Mida la tensión del bus de CC en el terminal + y -. • Osciloscopio portátil • Acoplamiento de entrada de CA o CC para medir las tensiones absolutas o la tensión de rizado • Asegúrese de que el osciloscopio y la sonda tengan la categoría adecuada para medir el nivel de tensión Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 33 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Interpretación de las medidas en el bus de CC • La tensión del bus de CC es ~1,414 x la tensión de línea RMS • Si los picos de la ondulación tienen un nivel repetitivo diferente, esto es un posible indicador de que uno de los diodos del rectificador está dañado. • Si el rizado de tensión es superior a 40 V, esto puede ser el indicio de fallo en condensadores o que el variador es pequeño para el motor alimentado. ¿Qué es el desequilibrio de tensión? • Se produce cuando las tensiones trifásicas difieren en magnitud Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 34 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Medida del desequilibrio de tensión • Mida la tensión (Vpwm) en cada terminal en la salida del variador de velocidad • A continuación, compruebe la tensión en los terminales del motor • Cualquier desequilibrio podría ser problemático para el motor Medida del desequilibrio de tensión La medida de la tensión de salida que proporciona un variador de velocidad, tal como la ve el motor, no es una labor sencilla. Aquí se muestran unos ejemplos de la lectura para un variador de velocidad el cual indica una tensión de salida de 144V. Las lecturas pueden variar considerablemente Æ se debe usa la función Vpwm Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 35 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Cálculo del desequilibrio de tensión Ejemplo % Desequilibrio de tensión (V) = (desviación máx. respecto a V promedio/V promedio) x 100 Interpretación de las medidas del desequilibrio de tensión • Un desequilibrio superior al 2% es problemático. • Esta medida descarta el sobrecalentamiento del motor debido a un desequilibrio de tensión. • No se pueden descartar otras causas de sobrecalentamiento. • Posteriormente, compruebe el desequilibrio de corriente. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 36 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico • Se evita que se produzca un desequilibrio de corriente. • Se evita el disparo de la protección debido a la sobrecarga de corriente. • Se evitan temperaturas elevadas en el motor. ¿Qué es el desequilibrio de corriente? Se produce cuando las corrientes trifásicas difieren en magnitud Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 37 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Medida del desequilibrio de corriente Utilice un osciloscopio con sondas de corriente en los tres terminales de salida del variador de velocidad para medir el consumo de corriente en cada terminal. Cálculo del desequilibrio de corriente Ejemplo % desequilibrio de corriente (I) = (desviación máx. de I media/I media) x 100 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 38 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Interpretación de las mediciones de desequilibrio de corriente • Un desequilibrio de corriente mayor de un % reducido habitual, debe ser investigado en profundidad. • El desequilibrio en corriente en un motor trifásico no debería ser superior al 10% • Verificar cortocircuitos entre devanados o derivaciones de fase a tierra. Ventajas de diagnóstico • Se evita que salte la protección de fallo de sobrecarga de corriente. • Se evitan temperaturas elevadas en el motor. • El desequilibrio de corriente puede dar lugar a devanados quemados Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 39 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados ¿Qué son la corriente sigma y la corriente PE (tierra protectora)? • Sigma: la suma de la corriente de las tres fases. • PE: corriente acoplada capacitiva a través de la tierra protectora (masa). • Idealmente, la fuga debe ser baja, las corrientes de fuga mayores pueden provocar arcos eléctricos en las pistas de los rodamientos Aspectos avanzados Medida de la corriente sigma • Osciloscopio con pinza de corriente. Los multímetros no suelen tener un ancho de banda suficiente. • Conecte la pinza alrededor de los tres conductores conectados a los terminales del motor. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 40 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados Medición de la corriente PE (tierra protectora) • Osciloscopio • Medida en el cable de tierra. Aspectos avanzados Interpretación de la corriente sigma y la corriente PE • • • • La corriente sigma y/o PE fluyen por los rodamientos y el eje. Corrientes de 3 a 6 amperios pueden ser normales Filtros EMI, ferritas, chokes pueden reducir estas corrientes Transformadores de aislamiento en la entrada del variador impiden que las corrientes de fuga se propaguen aguas arriba Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 41 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico Aspectos avanzados Ondulaciones en la pista de un rodamiento causadas por corrientes en los rodamientos. Fotografía cortesía de Electro Static Technology. Se evitan los daños a los rodamientos causados por corrientes de fuga Aspectos avanzados ¿Qué es una perturbación? Las perturbaciones de las señales son desviaciones en la integridad de la señal inducidas en las redes de señales digitales de baja tensión. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 42 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados Medición de perturbaciones • Busque perturbaciones que tengan relación con otros dispositivos en la planta. • ¿Aparece el problema en nuestros sistemas cuando se conecta una carga de gran potencia en otro lugar de la planta? Aspectos avanzados Interpretación de las mediciones de perturbaciones Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 43 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico Aspectos avanzados • Se evitan los problemas aleatorios en las señales. • Se identifican problemas eléctricos y de cableado en otras partes de la planta. ¿Qué son los reflejos de salida? Reflejos: • Se produce a consecuencia de una falta de coincidencia de impedancia o cambios en las impedancias del circuito. • Tienen una amplia gama de formas de onda, amplitudes y duraciones. • Se muestran como picos en la pantalla de un osciloscopio. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 44 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Medición de reflejos de salida • Los transitorios de salida rápidos y los reflejos en una forma de onda con modulación por ancho de pulso sólo pueden medirse con un osciloscopio. • Los multímetros no son suficientemente rápidos • Conecte el osciloscopio en los terminales del motor Interpretación de las medidas de reflejos de salida • Reflejos o transitorios > 50% de la tensión nominal son problemáticos. • Tensión CC de conmutación rápida de IGBT (dV/dt). • Reflejos de la señal modulada por ancho de pulso (PWM) como resultado de un cable demasiado largo. • Asegúrese de que el nivel no supere la categoría de aislamiento del motor Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 45 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico • Se prolonga la vida útil del variador de velocidad y del motor. • Se reduce el potencial de rotura del aislamiento del devanado • Se evita que salten los circuitos de protección de sobretensión. Aspectos avanzados ¿Qué es la relación voltios-hercios? • La relación de tensión a frecuencia determina la cantidad de par producido por un motor de inducción de CA. • Al mantener constante esta relación, el campo magnético en el interior del motor se mantiene a un nivel constante lo cual produce un par constante. Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 46 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados Medida de la relación voltios-hercios • Multímetro digital con opción Vpwm u osciloscopio con función pwm. • Vpwm: Refleja la amplitud de la tensión de la componente fundamental • Utilice la pinza de corriente para medir la frecuencia Aspectos avanzados Interpretación de las medidas de la relación voltios-hercios • Si la relación V/Hz es correcta pero la velocidad está desactivada, compruebe el programa del variador • Una relación V/Hz incorrecta puede dar lugar a problemas: calentamiento, pérdida de par, inestabilidad, fluctuaciones. • A bajas frecuencias la tensión de salida debe ser reducida Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 47 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados Ventajas del diagnóstico • Se reduce el calentamiento excesivo. • Se evita una pérdida de par. Módulo D Introducción a las medidas en el motor y en el tren de transmisión Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 48 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Introducción a las medidas en el motor y en el tren de transmisión 97 Fundamentos del motor Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 49 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 ¿Qué es un motor sobrecargado? Una carga excesiva en un motor produce una sobrecarga. Estadísticamente, el 30% de los fallos en motores es debido a sobrecargas. 99 Medida de un motor con sobrecarga Utilice un multímetro digital con un sonda amperimétrica o una pinza amperimétrica para medir la corriente en cada una de las fases individuales del motor mientras el motor funciona a plena carga. 100 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 50 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Interpretación de las mediciones de sobrecarga del motor • Compare la corriente medida con los valores de Amperios a Plena Carga * Factor de Servicio de la placa de características del motor. • Posteriormente, compruebe el funcionamiento monofásico. 101 Ventajas del diagnóstico • Se amplía la vida del motor. • Se evita un fallo catastrófico. • Se reduce tanto el tiempo por inactividad y como las pérdidas económicas. 102 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 51 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 ¿Qué es el funcionamiento monofásico? Se produce cuando hay un fallo en una de las fases de un motor trifásico. El trabajo en modo monofásico supone el 14% de todos los fallos de los motores 103 Verificación del funcionamiento monofásico Utilice un multímetro digital con una sonda amperimétrica o una pinza amperimétrica para medir la corriente en cada una de las fases individuales del motor mientras el motor funciona a plena carga. 104 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 52 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Interpretación de las medidas de funcionamiento monofásico • ¡Simple! Si no hay corriente en una fase del motor, esto indica que tiene un motor que funciona en monofásico. • A continuación, compruebe el estado de funcionamiento de los rodamientos. 105 Ventajas del diagnóstico • Se amplía la vida del motor. • Se evita un fallo catastrófico. • Se reducen el tiempo de inactividad y las pérdidas económicas. 106 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 53 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Comprobación del cableado del motor Aspectos avanzados • • • • Problema potencial: cables del motor o conexiones entre el variador y el motor Compruebe el correcto apriete de los terminales de los cables en el motor Realice pruebas de resistencia de aislamiento en cables y conexiones Compruebe la resistencia del devanado Aislamiento del devanado del motor Aspectos avanzados • Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 • • El desequilibrio de corriente puede estar producido por un mal cableado o problemas de aislamiento en el motor. Para comprobar si el motor tiene problemas de aislamiento, desconecte el motor y realice una prueba de resistencia de aislamiento. Podemos hacer una prueba de aislamiento del motor detallada retirando los puentes de interconexión delta/del interior de la caja de terminales del motor 54 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 ¿Qué es la rotura del aislamiento? Se produce cuando el aislamiento entre los devanados del motor se deteriora, produciendo un cortocircuito en éstos. 109 Medición de la rotura del aislamiento Utilice un medidor de resistencia de aislamiento para medir la resistencia de aislamiento de los devanados de cada fase del estator del motor respecto de tierra. 110 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 55 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Interpretación de las medidas del aislamiento • Busque un valor de resistencia de >1 megaohmio por kilovoltio. • Mejor si forma parte de un programa de mantenimiento periódico • Posteriormente, compruebe la tensión del eje y las corrientes a través de los rodamientos. 111 Ventajas del diagnóstico • Se evita un fallo catastrófico del motor. • Se evitan el tiempo de inactividad y las pérdidas económicas. 112 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 56 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados ¿Qué es la tensión de eje? Las tensiones PWM (modulación por ancho de pulso) de alta frecuencia dan lugar al acoplamiento capacitivo entre el estator y el eje. Cuando la tensión en el eje del motor supera la capacidad de aislamiento del rodamiento, la corriente circula a través del rodamiento. 113 Aspectos avanzados Medida de la tensión de eje Utilice un osciloscopio y una escobilla de carbono o sonda de hilos trenzados para medir la tensión entre la tierra del cuerpo del motor y el eje de transmisión. La mayoría de los motores de inducción están diseñados para presentar una tensión en eje < 1 Vrms [http://www.est-aegis.com/shaft-voltage-probe.htm] 114 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 57 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Aspectos avanzados Interpretación de las medidas de tensión de eje • Busque una tensión de eje superior a 8 voltios. • Cuanto mayor sea esta tensión mayor será la corriente por chispas y mayor será el daño al rodamiento. • En estos casos se podría reducir la frecuencia de conmutación del variador o utilizar un sistema de puesta a tierra del eje. 115 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 58 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico Aspectos avanzados • Se amplía la vida del rodamiento. • Se evitan el tiempo de inactividad y las pérdidas económicas asociadas. 117 ¿Qué son los fallos de los rodamientos? Pista del rodamiento Daños • Un rodamiento con problemas proporciona una eficiencia reducida. • 13% de los fallos en motores están causados por problemas en los rodamientos • >60% de los fallos mecánicos en una instalación son causados por desgaste en los rodamientos. 118 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 59 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Medida de los fallos en los rodamientos Utilice un termómetro IR o una cámara termográfica para comparar el rodamiento sospechoso con uno que sabemos con certeza que está en buen estado. 119 Interpretación de las medidas en rodamientos • Se recomienda la sustitución del rodamiento cuando la diferencia de temperatura sea superior a 10 ºC. • Posteriormente, compruebe la existencia de un mal alineamiento. 120 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 60 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico • Se evita el sobrecalentamiento y el fallo del motor. • Se reducen el tiempo de inactividad y las pérdidas económicas. 121 ¿Qué es el desalineamiento? • En los trenes de transmisión de los motores, se produce la alineación perfecta cuando la línea central de dos ejes acoplados coincide. • Cuando no coinciden, existe desalineamiento. 122 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 61 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Medida del desalineamiento • Utilice un analizador de vibraciones para identificar el problema de vibración • En caso de desalineamiento, utilice un comparador o un dispositivo de alineación láser para realinear correctamente el dispositivo. 123 Interpretación de las medidas de desalineamiento • El Fluke 810 facilita esta parte. • El 810 compara los datos de vibración con una amplia base de datos para generar un análisis. 124 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 62 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico • Se evita el sobrecalentamiento y el fallo del motor. • Se reducen el tiempo de inactividad y las pérdidas económicas. 125 ¿Qué es el desequilibrio? • Se produce cuando el centro de la masas del sistema no se localiza sobre el eje de rotación. • Genera vibración. 126 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 63 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Medida del desequilibrio • Utilice el analizador de vibraciones Fluke 810 para medir el desequilibrio. 127 Interpretación de las medidas de desequilibrio • El Fluke 810 hace la interpretación por usted, utilizando su amplia base de datos de perfiles de vibración. 128 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 64 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico • Se reduce el desgaste mecánico del motor • Se evita el sobrecalentamiento y el fallo del motor. • Mejora la eficiencia, se reduce el consumo energético • Se reducen el tiempo de inactividad y las pérdidas económicas. 129 ¿Qué son las holguras? • Cuando existe un espacio excesivo entre las diferentes piezas decimos que existe un problema de holguras. • Pueden existir holguras en piezas elementos rotatorios pero también en componentes no rotatorios o normalmente partes fijas 130 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 65 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Medida de las holguras • Utilice el analizador de vibraciones Fluke 810 para medir las holguras. 131 Interpretación de las medidas de holguras • El Fluke 810 hace la interpretación por usted, utilizando su amplia base de datos de perfiles de vibración. 132 Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 66 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Ventajas del diagnóstico • Se evita el desgaste o daños prematuros • Se evita el sobrecalentamiento y el fallo del motor. • Se reducen el tiempo de inactividad y las pérdidas económicas. 133 Conclusión de la formación Calidad eléctrica en la entrada con el Fluke-435 Variador de velocidad y su salida con el ScopeMeter Fluke-190 Serie II Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 Temperaturas del Carga del motor y aislamiento del motor resistencias del devanado y del núcleo con el con el multímetro digital Fluke-1507 y cámaras Fluke-289 termográficas Vibración mecánica con el Fluke 810 67 Fluke : Medidas para a resolução de problemas em motores e variadores de velocidade 4/19/2013 Gracias por su tiempo Le deseamos el éxito en el mantenimiento de sus motores y accionamientos Lisboa 17/04/2013 e Porto 18/04/2013 68