Matthew Conville, MBA, PE
Especialista de Soporte Técnico de EASA

En la economía global actual, es posible adquirir motores eléctricos fabricados en todo el mundo. Esto nos ofrece muchas opciones para seleccionar un motor eléctrico. La mayoría de los motores eléctricos de 500 HP (373 kW) o menos se ajustarán a una de las dos normas básicas de fabricación; NEMA o IEC. Ambas normas tienen cláusulas específicas que definen los límites de sobretensión a la que se pueden someter las máquinas de inducción en aplicaciones que funcionan con variadores de frecuencia (VFD)/ convertidores. La intención de este artículo es centrarse en las normas IEC para gestionar la sobre tensión en aplicaciones con VFD en lo que respecta a los devanados del motor. Si se necesitan más detalles sobre las aplicaciones NEMA, consulte NEMA MG-1 Parte 31.

La cláusula 7.2.1.2, de la norma IEC 60034-1 establece que cuando las máquinas funcionan con convertidores estáticos, que tendrán un factor de voltaje armónico (HVF) mayor que el permitido en el funcionamiento normal, se aplican los requisitos de la norma IEC 60034-25. El HVF es el contenido armónico permisible en el voltaje de suministro de una máquina de inducción tipo jaula. Para el funcionamiento con convertidores estáticos IEC no proporciona orientación sobre la reducción de potencia de las máquinas diferente a la guía de aplicación dentro de la IEC 60034-25 y los requisitos de aislamiento de la IEC 60034-18-41 y la IEC 60034-18-42. La norma IEC 60034-25 proporciona información útil sobre la aplicación y especificación de máquinas eléctricas con convertidores, explicando cómo el sistema de accionamiento completo compuesto por el sistema de alimentación, el convertidor, el cableado, la máquina eléctrica, el sistema de puesta a tierra, los filtros (si están instalados), los ejes mecánicos y el control. afecta el rendimiento y el funcionamiento de las máquinas. Esto incluye guías sobre máquinas diseñadas específicamente para uso con convertidores, así como también máquinas estándar según la IEC 60034-12 usadas con convertidores. Los sistemas de aislamiento para máquinas IEC operadas con convertidores estáticos deben estar calificados para:

• IEC 60034-18-41 (Tipo 1), en máquinas con voltaje nominal de 700 V o menos donde la actividad de descargas parciales no está presente en el funcionamiento normal (por lo general, tendrán estatores bobinados con alambre redondo).
  O para:
• IEC 60034-18-42 (Tipo 2), en máquinas con voltaje nominal superior a 700 V donde las actividades de descargas parciales puede estar presente en el funcionamiento normal (por lo general, tendrán devanados con bobinas de pletina o solera).

El fabricante del motor debe poder proporcionar la clase de aislamiento de impulso de voltaje (IVIC 'X') para el sistema de aislamiento. Esto informa al integrador del sistema cuáles son los límites del tiempo de subida del impulso y la tensión pico-pico que se pueden experimentar en los terminales del motor dentro de la capacidad del sistema de aislamiento. El voltaje pico-pico se puede experimentar como un esfuerzo de voltaje fase-fase o fase a tierra y la velocidad de cambio de voltaje en el tiempo de subida del impulso de voltaje puede introducir un esfuerzo entre espiras, que el aislamiento del sistema debe soportar. Estos picos de tensión son una función del voltaje CA en la entrada del sistema de accionamiento y del voltaje de enlace CC (DC link) presente en la sección del convertidor. Por lo general, podemos decir que los voltajes máximos estarán entre 1,35 y 1,51 veces el voltaje CA de entrada al sistema del variador en los terminales de salida del variador. Por ejemplo, un voltaje de entrada de 480 V CA tendrá un voltaje pico potencial y en los terminales de salida del sistema de accionamiento de aproximadamente 650 a 725 V. La Figura 1 muestra el patrón de impulsos de cada pulso modulado por ancho de pulso (PWM) que se produce a la frecuencia portadora especificada del VFD.

Los aislamientos a tierra en la ranura (muro aislante) y fase a fase se ven afectados significativamente por los voltajes pico-pico a la frecuencia fundamental y a la velocidad PWM. El aislamiento entre vueltas se ve afectado significativamente por el tiempo de subida del impulso y la tensión de salto. La tensión de salto es el cambio de voltaje en los terminales de una máquina que ocurre al comienzo de cada impulso cuando se alimenta desde un convertidor y el tiempo de subida del impulso. El anexo C de la IEC 60034-18-41 requiere que los fabricantes de máquinas especifiquen en su documentación y en su placa de datos los límites para un desempeño confiable bajo condiciones de alimentación por convertidor (clase de aislamiento del impulso de voltaje). Esto se hace mediante el uso de las letras IVIC ”X”, donde “X” es la clase IVIC en la Tabla C-1 de la norma. Vea la Tabla 1 para conocer los voltajes máximos permitidos en los sistemas de aislamiento de 500 V. Para determinar los picos reales, tome los valores listados y multiplíquelos por 500 (p. ej., clase IVIC A. Fase a tierra: 500 V x 2,3 = 1150 V).

La cláusula 7 de la norma IEC 60034-18-41 especifica cuatro categorías de esfuerzos por sobre impulso (overshoot stress) para los sistemas de aislamiento tipo 1 y utiliza un tiempo de subida predeterminado de 0,3 μs. Cuando se desconoce la aplicación de la máquina, se recomienda utilizar la categoría C. El nivel benigno (A), ≤ 1,1 (Tabla 2), se relaciona con un convertidor acoplado directamente a la máquina o mediante un cable muy corto. El nivel extremo (D) del factor de sobre impulso, >2.0 - ≥2.5, se puede presentar con una longitud de cable larga y cuando pueda ocurrir una ruptura regenerativa o en aplicaciones de grúas específicas. La banda del factor de sobre impulso 1-1 a 2,0 se divide en dos bandas iguales para crear las bandas B-Moderado y C-Severo. El Anexo B de la norma IEC TS 60034-18-41 proporciona un ejemplo de los factores de sobre impulso máximos para un devanado nominal de 500 V alimentado desde un convertidor de 2 niveles.

Si la categoría de tensión IVIC utilizada es menor que la requerida para la aplicación VFD, es muy posible que la máquina eléctrica no dure mucho tiempo en servicio antes de que se produzca un fallo en el devanado. Por lo general, vemos un cortocircuito entre espiras como resultado. (Vea la Figura 2).

Si desea obtener más información sobre los esfuerzos de voltaje, vea Voltage Stress: Not as Simple as it Sounds, publicado en agosto del 2007 en la revista Currents de EASA y Principles of Medium and Large AC Motors, IEC Edition de EASA. Algunas cosas para recordar antes de adquirir nuestro próximo motor eléctrico con un devanado clasificado para operación VFD:

• Desde la perspectiva de las normas, no todos los sistemas con clasificación VFD se crean de la misma forma. NEMA e IEC proporcionan pautas diferentes.
• NEMA MG-1 Parte 31
• IEC 60034-25
  • Haga preguntas sobre la aplicación como:
  • ¿Qué voltaje está suministrando el VFD?
  • ¿A qué distancia del VFD estará el motor en servicio?
  • ¿Hay algún tipo de filtros de salida en el VFD?
  • ¿Se requiere regeneración o frenado dinámico?
  • Si se desconocen todos los detalles de la aplicación, especifique un IVIC C como mínimo si adquiere una máquina IEC.

DISPONIBLE EN INGLÉS

Categories: AC motors, Drives/controls

Tags: Variable frequency drives IEC

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