El blog sobre El estudio examina las fallas motrices prematuras en los sistemas VFDDriven

Los motores eléctricos sirven como el "corazón" de la producción industrial, mientras que las unidades de frecuencia variable (VFD) actúan como los dispositivos críticos que controlan este latido cardíaco.se ha producido una tendencia alarmante: cada vez más motores sufren fallos prematuros cuando son accionados por VFD.En este sentido, se plantea una serie de cuestiones importantes: ¿son estas fallas un coste inevitable del avance tecnológico, ¿no son las consecuencias de los cambios tecnológicos una consecuencia de los cambios tecnológicos?o son consecuencias evitables de una aplicación inadecuada?

Las unidades de frecuencia variable se han vuelto ubicuas en aplicaciones industriales modernas, apreciadas por su eficiencia energética y sus capacidades de control de procesos precisas.A medida que los VFD se convierten en la solución preferida para el funcionamiento del motor, sus posibles efectos negativos sobre la longevidad motora a menudo no se reconocen hasta que se producen fallas prematuras.Este análisis examina cuatro modos de falla primarios en los motores accionados por VFD y presenta soluciones prácticas para extender la vida útil del equipo y mantener la estabilidad de la producción.

Los VFD utilizan la tecnología de modulación de ancho de pulso (PWM) para simular ondas senoidales CA para el control del motor.Las formas de onda PWM generan tiempos de aumento de voltaje abrupto y altos picos de voltaje que degradan progresivamente el aislamiento del enrollamientoEste efecto se hace particularmente pronunciado en motores más antiguos o con clases de aislamiento más bajas.

Solución:"Motores con clasificación VFD" especialmente diseñados (también llamados motores de servicio inversor) incorporan materiales aislantes de mayor grado y configuraciones de bobinado optimizadas para soportar tensiones de voltaje.La norma NEMA MG1 Parte 31 define específicamente los requisitos para dichos motores., que exige sistemas de aislamiento superiores capaces de soportar el funcionamiento VFD.

Incluso los motores con clasificación VFD siguen siendo vulnerables a los daños de los rodamientos por corrientes de eje, un fenómeno causado por los voltajes de modo común generados por VFD.Estos voltajes crean diferencias potenciales entre el eje del motor y el marco, lo que resulta en descarga de corriente a través de los rodamientos.El arco eléctrico resultante crea hoyos microscópicos y patrones de flujo que aceleran el fallo del rodamiento a través de un proceso llamado erosión eléctrica.

Solución:Si bien la eliminación completa resulta un reto, existen varias estrategias de mitigación:

• Anillos de puesta a tierra del eje:Los cepillos o fibras conductoras instalados en los ejes del motor proporcionan un camino de baja resistencia a la tierra, evitando los rodamientos.
• Las demás:La unión adecuada entre los marcos del motor y los sistemas de conexión a tierra del equipo reduce los voltajes de modo común.
• Los rodamientos aislados:Los rodamientos cerámicos o recubiertos interrumpen las trayectorias actuales, pero conllevan importantes primas de costos.
• Instalación aislada:El aislamiento eléctrico de las bases del motor evita la circulación de corriente a través de conexiones mecánicas.

Mientras que los VFD se destacan en el ahorro de energía a través de la reducción de la velocidad, un funcionamiento más lento disminuye proporcionalmente la capacidad de enfriamiento de los ventiladores montados en el eje.El funcionamiento prolongado a baja velocidad crea tensión térmica que acelera el envejecimiento del aislamiento y reduce la vida del motor, incluso a velocidades moderadamente por debajo de las clasificaciones de la placa de identificación.

Solución:Dos enfoques principales abordan los desafíos del enfriamiento:

• Motores con mayor factor de servicio:Los motores con factores de servicio de 1,15 o más proporcionan una capacidad térmica adicional, aunque los efectos de VFD pueden reducir este margen.
• Sistemas de refrigeración independientes:Los ventiladores de refrigeración con alimentación separada mantienen un flujo de aire adecuado independientemente de la velocidad del motor, crucial para un funcionamiento prolongado a baja velocidad.

Las aplicaciones que requieren largas líneas de cable entre los VFD y los motores se enfrentan a desafíos únicos.creando picos de voltaje en las terminales del motor que exceden las capacidades de aislamientoEstas sobrevoltuaciones transitorias acortan drásticamente la vida del motor.

Ejemplo de caso:Una instalación experimentó ocho fallas catastróficas de los motores Baldor con calificación VFD de 500 CV en un plazo de tres meses debido a picos de voltaje superiores a 1500 V de largas líneas de cable.

Solución:Existen varios enfoques técnicos:

• VFD de PWM suave:Las frecuencias de conmutación ajustables reducen las transiciones de voltaje manteniendo el cumplimiento de la parte 31 de la NEMA MG1.
• Los filtros de DV/dt:Estos dispositivos limitan las tasas de aumento de voltaje, generalmente limitando los picos del sistema de 480V cerca de 975V.
• Filtros de ondas senoidales:La solución más efectiva (y costosa) convierte las salidas PWM en ondas casi sinusoidales, limitando los picos por debajo de 800V.

El éxito de la mitigación requiere una implementación coordinada en todos los niveles de la organización.Mientras que los especialistas en adquisiciones deben especificar los estándares de equipos apropiadosEl personal de ingeniería debe evaluar los requisitos específicos de cada aplicación para seleccionar soluciones óptimas que equilibren el rendimiento, la fiabilidad y el coste.

El mantenimiento preventivo regular y el control de la condición siguen siendo esenciales para la detección temprana de problemas en los sistemas VFD.El análisis de vibración y las pruebas de resistencia al aislamiento proporcionan información valiosa sobre los problemas en desarrollo antes de que ocurran fallas catastróficas.