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Miércoles, Octubre 17, 2018

Proteja los motores eficientes de bombas contra daños de los variadores

El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) está implementando límites mínimos de eficiencia en los sistemas de bombeo y componentes. Mientras tanto, los usuarios están exigiendo sistemas con eficiencias cada vez más altas. Los fabricantes de bombas satisfacen las necesidades de ambos grupos. Una medida es con la introducción de soluciones que hacen posible que los sistemas de bombeo cambien la velocidad, y así mantener una eficiencia máxima cuando se modifica la demanda.

En los sistemas de bombeo impulsados por motores eléctricos, este aumento de la eficiencia se logra generalmente mediante la adición de un variador de frecuencia (VDF) al motor. Un VDF es un variador de velocidad ajustable que controla la velocidad y el par del motor de corriente alterna (CA), al variar la frecuencia y el voltaje de entrada del motor. Muchos en la industria de las bombas están familiarizados con el funcionamiento de los VDF y su eficiencia. Lo que no se entiende tan comúnmente es cómo proteger los motores de los efectos potencialmente dañinos que puede producir un VDF, y cómo reducir estos efectos en un sistema de bombeo.

Proteger un motor de la onda PWM del VDF

Muchos fabricantes de motores ofrecen motores diseñados para funcionar con un VFD o inversor. Estos motores han sido especialmente diseñados para ser operados cuando están alimentados por una forma de onda de potencia modulada por ancho de pulso (PWM) de VDF. El PWM es una técnica de modulación utilizada principalmente para controlar el suministro de la forma de onda de tensión y corriente a un motor. A menudo se prefiere porque es un método altamente eficiente de control de la velocidad del motor.

Una forma de onda PWM puede, sin embargo, crear problemas dentro de un motor. Por ejemplo, puede provocar que el devanado del motor experimente peaks de voltaje, que están muy por encima de la tensión nominal de los límites y del devanado del motor estándar.

Los motores que se van a utilizar con un VDF, por lo tanto, deberían tener materiales y procesos de aislamiento mejorados, en comparación con un sistema de aislamiento estándar, para proteger contra picos de voltaje muy por encima de su voltaje nominal.

De acuerdo con la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) MG1 Parte 31, los motores con un voltaje nominal de 600 voltios o menos, que se utilizan con VDF, deben tener bobinados que protejan, como mínimo, contra un peak de voltaje de 3.1 veces el voltaje nominal. Para motores con una clasificación de voltaje superior a 600 voltios, el mínimo es 2.04 veces el voltaje nominal del motor.

Protegiendo contra desequilibrios

Las formas de onda PWM también pueden afectar los rodamientos (cojinetes) de un motor eléctrico. Cuando se maneja con energía de onda sinusoidal estándar, las tres fases que alimentan el motor tienen una carga equilibrada. En otras palabras, cuando una fase está en + 460V, la segunda está en -460V y la tercera fase está en cero. La forma de onda PWM, sin embargo, no es una verdadera onda sinusoidal. El voltaje pulsante de corriente continua (CC) crea una onda sinusoidal de imitación, lo que causa un problema con el equilibrio de carga dentro del motor. Se acumula una carga diferencial entre el rotor y el estator que debe equilibrarse. Esa carga es causada por el voltaje de modo común (VMC).

Como sabe cualquiera que haya tocado la perilla de una puerta en un ambiente seco, la electricidad rectifica cualquier desequilibrio (cuando la persona se carga estáticamente) al encontrar la ruta de resistencia más baja a tierra. El impacto que se produce al tocar la perilla es una versión a menor escala de lo que sucede dentro del rodamiento de un motor que no está instalado y protegido correctamente. Si los rodamientos no están aislados del eje y el sistema está conectado a tierra incorrectamente, los rodamientos proporcionan la ruta de menor resistencia que un motor busca equilibrar la carga. Cuando este equilibrio ocurre dentro de un rodamiento, se denomina mecanizado por electroerosión.

Cuando ocurre una electroerosión, las piezas de material del rodamiento pueden desprenderse mientras el motor está funcionando, lo que puede dañar gravemente el rodamiento, o al menos causar ruido, calor y falla prematura con el tiempo. Una forma de prevenir VMC es darle al motor una ruta de baja resistencia para equilibrar la carga entre el rotor y el estator. Esto se logra comúnmente al agregar un dispositivo de conexión a tierra del eje al motor y poner a tierra el motor. En motores más grandes, se puede obtener protección adicional aislando el cojinete opuesto al anillo de puesta a tierra del eje para eliminar las corrientes circulantes.

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