4 Soluciones clave de los rodamientos VFD Shaft Current Burns

Hola a todos, hoy me gustaría compartir un típico reto de campo:
“Cuando un VFD de 90 kW acciona un motor de 75 kW, los frecuentes problemas de corriente en el eje provocan la rotura de los rodamientos. El problema persiste incluso con la doble toma de tierra instalada. ¿Cómo puede resolverse?”

La corriente en el eje del variador de frecuencia es uno de los fallos más complicados en aplicaciones del variador de frecuencia. Este problema se acentúa a medida que aumenta la potencia del motor. Si no se maneja correctamente, puede provocar el fallo de los cojinetes del motor y, en última instancia, su parada.

Principios de generación de corriente de eje VFD

La causa principal de la corriente en el eje radica en la tensión de modo común dentro del Accionamientos VFD.
Debido a la sincronización no perfecta de las acciones de conmutación de los IGBT en los brazos del puente trifásico de la unidad del inversor, la tensión de modo común surge de la modulación de anchura de impulsos (PWM).

Esta tensión de modo común se acopla al rotor a través de la capacitancia parásita del VFD:

• Se forma capacitancia parásita entre los devanados del estator y el rotor → acumulando tensión adicional en el rotor.
• Se forma una capacitancia entre el rotor y la carcasa → la tensión se conduce a través de la película de aceite del rodamiento, formando un circuito cerrado
• Cuando la tensión acumulada supera el umbral, rompe la película de aceite del rodamiento, creando una vía de descarga

En última instancia, esto genera corrientes de rodamiento VFD y puede provocar el estriado del motor en los rodamientos.

Mecanismo de electroerosión de los rodamientos

• Efecto de descarga capacitiva: El espesor de la película de aceite entre la pista de rodadura del rodamiento y las bolas es de sólo 0,1-1 μm, presentando una pequeña capacitancia (aproximadamente 10-100 nF).
• Microperforación: Cuando la tensión supera los 15-30 V, la película de aceite se rompe. Las temperaturas instantáneas superan los 10.000°C, lo que provoca erosión térmica en la superficie del rodamiento.
• Corrosión electroquímica: El aceite lubricante reacciona con el metal a altas temperaturas y con la corriente eléctrica, acelerando los daños.
• Características típicas: Aparecen estrías en forma de “tabla de lavar” o picaduras (picaduras electrolíticas) en la pista de rodadura interior, acompañadas de la rotura de la película de aceite del rodamiento. Esto se manifiesta como un aumento del ruido del rodamiento, un incremento de las vibraciones, un aumento excesivo de la temperatura y, en última instancia, daños de tipo electroerosión (EDM).

Soluciones de protección de rodamientos VFD

El enfoque para abordar la corriente en el eje del variador de frecuencia implica principalmente tres niveles:

Medidas físicas

• Utilice grasa conductora para reducir la capacitancia parásita en los rodamientos
• Utilizar cojinetes aislados en los motores VFD para aislar las vías de corriente.
• Instale un anillo de puesta a tierra del eje del motor (SGR) o una escobilla de puesta a tierra en el eje del motor para desviar la tensión del eje a tierra, evitando el flujo de corriente a través de los rodamientos.

Medidas eléctricas

• Instale choques de modo común VFD o anillos magnéticos en los cables trifásicos para suprimir eficazmente las corrientes de modo común.
• Instale reactancias de salida o filtros LC para reducir los armónicos de alta frecuencia.
• Asegúrese de que la orientación del cableado es correcta: conecte el extremo inductivo al variador de frecuencia y el extremo capacitivo al motor para evitar que la protección de temperatura del IGBT se dispare y provoque quemaduras.

Optimización de parámetros

• Reducir adecuadamente la frecuencia portadora del variador de frecuencia para reducir la corriente del eje, minimizando la tensión de alta frecuencia causada por la conmutación del IGBT.
• Nota: Una frecuencia portadora excesivamente baja puede inducir ruidos en el motor o vibraciones de alta frecuencia. Ajuste con precaución siguiendo las Guía de resolución de problemas de VFD

Optimización del sistema y medidas preventivas

• Optimización de la conexión a tierra: Garantice una conexión a tierra adecuada para el armario de control, el variador de frecuencia y el motor, con una resistencia a tierra ≤ 0,1Ω.
• Control de la longitud del cable: La longitud del cable del variador de frecuencia y la tensión del eje están estrechamente relacionadas. Los cables excesivamente largos aumentan la capacitancia parásita; lo ideal es mantener las longitudes por debajo de 50 metros.
• Puesta a tierra de la pantalla: Si el cable de alimentación del motor tiene pantalla, conecte a tierra ambos extremos simultáneamente
• Mantenimiento preventivo: Inspeccione periódicamente los rodamientos, el aislamiento del motor y los sistemas de refrigeración para prevenir posibles problemas.

Conclusión

Las corrientes en el eje del variador de frecuencia no pueden eliminarse con una sola medida. Normalmente, se requiere una combinación de medidas de puesta a tierra, supresión eléctrica y optimización de parámetros. La integración de soluciones de protección de los rodamientos de los VFD (como rodamientos aislados, anillos de puesta a tierra del eje, filtros, etc.), junto con el control de la longitud del cable y la frecuencia portadora, reduce eficazmente las corrientes de los rodamientos de los VFD y evita los fallos de los rodamientos del motor causados por los VFD.