Fallos del motor VFD: Los tres asesinos ocultos detrás de las frecuentes quemaduras a pesar de la baja corriente

En entornos industriales, a menudo nos encontramos con un tipo muy engañoso de fallo del motor VFD: motores que se queman con frecuencia a pesar de funcionar a corrientes muy por debajo de sus valores nominales.

No se trata de una sobrecarga normal, sino de un asesino invisible provocado por armónicos de alta frecuencia. Muchos ingenieros han investigado las protecciones contra sobreintensidades y sobrecargas para comprobar que todos los parámetros son normales, lo que les ha dejado indefensos. Hoy voy a desvelar las causas profundas de este fallo tan técnico desde tres dimensiones microscópicas: la rotura del aislamiento, la corriente en el eje y la electrocorrosión de los rodamientos.

Antes de sumergirse en el análisis, asegúrese de haber aplicado la norma más fundamental: equipar cada circuito del motor con dispositivos independientes de control y protección de arranque/parada. Si este paso ya está en marcha, el problema reside en capas más profundas de la “calidad de la energía”.”

Análisis en profundidad de tres causas ocultas que provocan fallos en los motores VFD

Cuando las lecturas de corriente parecen normales, pero el motor sigue fallando, normalmente nos encontramos con los siguientes tres escenarios atípicos de fallo del motor VFD.

1. Rotura del aislamiento causada por cables largos

Esta es la primera causa más común de avería: Al desmontar un motor quemado para inspeccionarlo, se descubre un cortocircuito a tierra o una rotura del aislamiento entre fases.

Lógica de fallo: Este tipo de falla del motor VFD ocurre típicamente con cables de motor extendidos (por ejemplo, que excedan los 100 metros). El variador emite ondas PWM de alta frecuencia que contienen armónicos sustanciales. Durante la transmisión a través de cables largos, la superposición de armónicos genera un fenómeno de onda reflexiva, causando sobretensiones en los terminales del motor.

Según nuestros datos de pruebas de campo, en longitudes de cable de unos 100 metros, la tensión de pico superpuesta puede alcanzar entre 2000 y 2500 V. Esta tensión supera con creces el límite de tensión soportada por el aislamiento estándar de los motores. Esta tensión supera con creces el límite de tensión soportado por el aislamiento estándar de los motores. Con el tiempo, el aislamiento se perfora repetidamente como un pinchazo de aguja, lo que acaba provocando la rotura del aislamiento y causando graves averías en el motor VFD.

2. Tensión en el eje que provoca “decoloración azulada” en el rodamiento”

El segundo escenario es aún más catastrófico: Al desmontar el motor, se encuentra el eje chamuscado de color azul, con los cojinetes completamente quemados y desintegrados.

Análisis de causa: No se trata de un sobrecalentamiento por fricción mecánica, sino de un problema clásico de tensión en el eje. Debido a una tensión trifásica desequilibrada (tensión en modo común) emitida por el variador de frecuencia, se induce tensión en ambos extremos del eje del motor. Cuando esta tensión se acumula hasta cierto nivel, rompe la película de aceite dentro de los cojinetes, formando una corriente en bucle (corriente en el eje). Aunque esta corriente es relativamente pequeña, genera altas temperaturas en los diminutos puntos de contacto, fundiendo instantáneamente el metal. Esto hace que los cojinetes se vuelvan azules y se desintegren, lo que en última instancia provoca el agarrotamiento mecánico y el fallo del motor VFD.

3. Estriado de cojinetes (erosión eléctrica) y “Patrones de tabla de lavar”.”

El tercer escenario es una variante del segundo, pero sus características son más sutiles. Al inspeccionar los cojinetes tras la avería del motor, aunque están desintegrados, distintos, ordenados “patrones de tabla de lavar” son visibles dentro de las pistas de rodadura.

Caracterización del fallo: Se trata de un caso clásico de erosión eléctrica (Electric Erosion). Las corrientes de alta frecuencia del eje se descargan repetidamente entre la pista de rodadura del rodamiento y las bolas, grabando surcos en la pista de rodadura como una erosión por chispas en miniatura (es decir, estriado del rodamiento).

Una vez que se forma este patrón, el rodamiento genera vibraciones severas durante el funcionamiento a alta velocidad, acelerando el desgaste y produciendo altas temperaturas, lo que en última instancia conduce al agarrotamiento del rodamiento. Esta es también una causa importante, aunque a menudo ignorada, de avería de los motores VFD.

Solución definitiva: Ajuste a coste cero con mejora del hardware

Para los tres tipos de averías de motores VFD causadas por armónicos y picos de tensión, resumo dos grandes categorías de soluciones.

1. Solución de coste cero: Ajuste de la frecuencia portadora

Este es el primer paso para solucionar el problema. Consulte el parámetro P0-15 (Frecuencia portadora) en el EV510A Manual del usuario o P0-15 en el EV200 Manual del usuario, e intentar bajar la frecuencia portadora.

• Procedimiento: Reduzca gradualmente la frecuencia portadora de su valor predeterminado (por ejemplo, 8kHz o superior).
• Principio: Al bajar la frecuencia portadora se reduce directamente el número de ciclos de conmutación de impulsos por unidad de tiempo, con lo que disminuye la frecuencia de superposición de armónicos. Con menos armónicos, los picos de tensión disminuyen de forma natural. Mientras los picos de tensión se mantengan por debajo de los umbrales de tensión de resistencia del aislamiento o de rotura de los rodamientos, el riesgo de avería del motor VFD se reduce considerablemente.

2. Solución de hardware: Instalar un reactor de salida

Si la reducción de la frecuencia portadora da resultados limitados, o si se prohíbe una reducción excesiva de la frecuencia debido a los requisitos de ruido, hay que emplear medidas físicas. Nuestro sitio Guía de selección de VFD recomienda específicamente instalar una reactancia de salida de CA cuando la distancia entre el variador de frecuencia y el motor supere los 100 metros.

• Acción: Instale una reactancia de salida en el lado de salida del variador de frecuencia.
• Justificación: Las reactancias de salida suprimen eficazmente los armónicos, suavizan los picos y caídas de tensión y “aplanan” los picos de tensión. Se trata de la solución más completa para evitar la rotura del aislamiento de los cables largos y la electrocorrosión de los cojinetes, protegiendo fundamentalmente contra el fallo del motor del variador de frecuencia.

Conclusión

El principal reto a la hora de abordar los fallos persistentes de los motores VFD reside en controlar la calidad de la tensión de salida. Ya se trate de la rotura del aislamiento o del estriado de los rodamientos, la causa principal son los picos de tensión provocados por armónicos de alta frecuencia.

Como ingenieros de campo, nuestra primera opción es el ajuste de la frecuencia portadora a coste cero. Si el efecto es limitado, debemos instalar con decisión una reactancia de salida. Para aplicaciones de transmisión a larga distancia, recomendamos consultar nuestro EV510A o EV200 guías de selección de series para configurar razonablemente los accesorios periféricos. Esto corta físicamente el daño invisible de los armónicos al motor, asegurando el funcionamiento del equipo a largo plazo.