1. Introducción
La falla prematura de los rodamientos en motores industriales impulsados por convertidores de frecuencia (VCR) se está convirtiendo en un problema crítico en los sistemas de fabricación modernos. Los síntomas a menudo se manifiestan como aumento de los niveles de ruido, sobrecalentamiento del conjunto de rodamientos y, finalmente, destrucción catastrófica de la pista de rodadura en un patrón característico conocido como "erosión eléctrica" (EDM). Este informe analiza este proceso, centrándose en la interacción del sistema, incluidos componentes como el Telemecanique LD1LB030FC.
2. Descripción general del componente
El Telemecanique LD1LB030FC funciona como un elemento crítico en el circuito de control del motor. En el contexto de un inversor, proporciona aislamiento y protección, pero no está diseñado para filtrar los transitorios de alta frecuencia que se producen al conmutar los transistores IGBT en un inversor. Un motor controlado por inversor opera a una alta tasa de cambio de voltaje (dV/dt), lo que crea un acoplamiento capacitivo entre el devanado del estator y el rotor. Esto da como resultado tensión en el eje del motor en relación con la carcasa.
3. Prueba de denegación
La inspección técnica muestra signos claros de daños en los rodamientos EDM:
- Signos visuales: Ranuras características (estrías) en los aros interior y exterior del rodamiento, provocadas por descargas de microarco.
- Datos de vibración: El análisis del espectro de vibración muestra altos picos de energía en frecuencias correspondientes a la frecuencia de conmutación del accionamiento, así como en las frecuencias de defectos de los rodamientos (BPFO, BPFI).
- Mediciones de voltaje en el eje: Las mediciones oscilográficas muestran picos de voltaje en el eje que exceden los 10-15 V, que es el umbral para la ruptura de la película de aceite en el rodamiento.
- Monitoreo de temperatura: Hay un exceso estable de la temperatura de funcionamiento del rodamiento de 15 a 25 °C en comparación con motores similares que funcionan directamente desde la red.
4. Investigación de la causa raíz
El uso del diagrama de Ishikawa (diagrama "espina de pescado") permitió estructurar los factores que influyen:
- Eléctrico: alta frecuencia de conmutación IF (más de 4 kHz), falta de coincidencia de las características del cable (alta capacitancia parásita).
- Mecánico: Lubricación insuficiente (degradación del lubricante bajo la acción de chispas), conexión a tierra incorrecta del eje.
- Sistema: Falta de filtrado de alta frecuencia en la salida IF, falta de conexión a tierra del estator y del rotor según el esquema de alta frecuencia (conexión HF).
5. Causas fundamentales clasificadas
- Voltaje de modo común: La razón principal para crear corriente capacitiva a través de los rodamientos. Probabilidad: 85%. Confirmado mediante mediciones de tensión del eje.
- Conexión a tierra inadecuada: Las corrientes de alta frecuencia buscan el camino de menor resistencia, que es a través de los cojinetes del motor en lugar del conductor de tierra. Probabilidad: 10%. Lo confirma la falta de conexión HF adecuada entre el inversor y el motor.
- Degradación del lubricante: Un efecto secundario que aumenta el proceso de degradación. Probabilidad: 5%. Esto fue confirmado mediante el análisis de la composición química del lubricante.
6. Acciones correctivas
Para eliminar las causas, es necesario implementar una estrategia integral:
- Corto plazo: Instalación de anillos de puesta a tierra de eje (Shaft Grounding Rings) en el eje del motor para desviar la corriente sin pasar por los rodamientos.
- Largo plazo: Introducción de rodamientos aislados (anillos cerámicos o aislados) del lado no motriz (NDE) para romper el circuito de flujo de corriente.
- Sistemático: Uso de cables de motor blindados con conexión a tierra de blindaje adecuada de 360 grados en ambos extremos (para conexión a tierra de HF) e instalación de bobinas de salida de modo común en la salida IF para limitar dV/dt.
7. Lista de verificación de diagnóstico para un técnico
| paso | acción | Herramienta |
|---|---|---|
| 1 | Inspección visual de la presencia de polvo metálico. | Linterna, reseña |
| 2 | Medición de la tensión del eje (pico) | Un osciloscopio con sonda aislada. |
| 3 | Comprobación de la resistencia a tierra del motor. | milimetro |
| 4 | Análisis del nivel de vibración a altas frecuencias. | Vibroanalizador |
| 5 | Comprobación de la integridad de la pantalla del cable. | Multímetro |
| 6 | Termografía de conjuntos de rodamientos. | cámara termográfica |
| 7 | Prueba de aislamiento de rodamientos (NDE) | Megóhmetro (con energía apagada) |
| 8 | Evaluación del estado del lubricante. | Inspección/análisis visual |
8. Estrategia de prevención
Para garantizar la confiabilidad del sistema, se recomienda:
- Implementación de un cronograma de mantenimiento preventivo con medición de tensión del eje cada 3000 horas de operación.
- Análisis periódico del espectro de vibraciones (trimestralmente) para detectar signos tempranos de electroerosión.
- Usar componentes probados para determinar su compatibilidad con la unidad, que se pueden seleccionar a través del UNITEC-D E-Catalog, para reemplazar componentes críticos.
9. Conclusión
Combatir las corrientes en los rodamientos causadas por IF requiere un enfoque sistemático, desde la conexión a tierra física hasta la selección de los rodamientos correctos. Una estrategia eficaz combina el monitoreo del estado, la instalación adecuada de puesta a tierra y el uso de componentes especializados. Para seleccionar cojinetes y protecciones de repuesto, visite UNITEC-D E-Catalog.
10. Enlaces
- EN 60034-25: Máquinas eléctricas rotativas. Parte 25. Guía para el diseño y operación de motores de CA impulsados por inversores.
- ISO 10816-3: Evaluación de vibraciones de máquinas.
- Manuales del fabricante: Documentación técnica Telemecanique LD1LB030FC.
- Manual de análisis de fallas de rodamientos: guías técnicas SKF/NSK.
