Diagnóstico del motor del elevador y VFD

Obtenga información sobre la resolución de problemas del motor del ascensor y el variador de frecuencia (VFD) y los procedimientos de seguridad.

Ciertos aspectos del mantenimiento y reparación de ascensores no son eléctricos, como lubricar y renovar los rieles de guía de la caja del ascensor o mejorar el flujo de aire alrededor de un depósito hidráulico. Pero, la mayor parte de este trabajo, especialmente cuando el síntoma son apagados crónicos del controlador o códigos de error, involucra al sistema eléctrico. Cuando ese es el enfoque, la idea básica es ubicar y reemplazar el componente defectuoso sin recurrir a un enfoque aleatorio, que inevitablemente verá reemplazar componentes buenos y será una costosa pérdida de recursos de mantenimiento y causa de un mayor tiempo de inactividad.

Este artículo analiza algunas técnicas de resolución de problemas eléctricos aplicables a equipos eléctricos en general y específicamente relevantes en la reparación y depuración de ascensores de nuevos diseños. Para empezar, no se exceda. Para realizar la reparación eléctrica del ascensor, el trabajador debe ser un técnico eléctrico experto con un conocimiento detallado de las características de seguridad integradas en el sistema operativo del controlador de movimiento.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Después de leer este artículo, debería haber aprendido sobre:
♦ Diagnosticar las causas de los problemas del motor del ascensor.
♦ La relación entre el controlador de movimiento del ascensor y VFD
♦ Recopilación de información antes del diagnóstico de fallas del ascensor
♦ Precauciones para medir sistemas de 480 V
♦ Instrumentación utilizada en procedimientos de diagnóstico de ascensores.

Las muertes en ascensores son extremadamente raras, pero, trágicamente, ocurren. Como precaución, una regla fundamental en el diseño y mantenimiento de ascensores es que un mecanismo de bloqueo de la puerta debe evitar que la cabina se mueva siempre que la puerta no esté cerrada y asegurada de forma segura. Además, el enclavamiento debe evitar que la puerta se abra cuando el automóvil está en movimiento. En un caso en el que un niño fue aplastado en un ascensor entre el piso del automóvil y la parte superior de la abertura de la puerta, los investigadores determinaron que no se habían observado los procedimientos de mantenimiento adecuados. En

Al volver a terminar dos cables que se habían desconectado temporalmente, se invirtieron inadvertidamente, lo que deshabilitó el enclavamiento de la puerta. Los técnicos deben hacer todo lo posible para asegurarse de que no se produzcan errores de esta naturaleza. Es esencial una referencia constante a los diagramas esquemáticos y pictóricos, junto con notas escritas sobre cualquier alteración temporal del cableado de control. Una cámara digital es muy útil en este sentido y para documentar el trabajo completado.

Un controlador de movimiento de ascensor, al igual que un ordenador en el hogar o la oficina, es un dispositivo de procesamiento digital y es propenso a bloquearse o bloquearse, lo que significa que el equipo conectado deja de funcionar hasta que se resuelva la situación. La solución suele ser reiniciar o apagar temporalmente el sistema. Esto puede restablecer el funcionamiento normal, pero, lamentablemente, no revela la causa del apagado.

La mayoría de los controladores de movimiento tienen una pequeña lectura alfanumérica que mostrará un código de error como "E-12". El manual del usuario que acompaña a la instalación original del ascensor debe contener una lista de códigos de error y cómo solucionar la falla. Si el manual no está disponible, una búsqueda en Internet con marca y modelo debe proporcionar códigos de error y otra información. Otra posibilidad es llamar al fabricante y hablar con la ayuda técnica. En este sentido, es útil instalar una toma de teléfono junto al controlador de movimiento, junto con una mesa de trabajo para que se puedan consultar los esquemas. (El controlador de movimiento generalmente se encuentra en la sala de máquinas, un entorno de concreto por debajo del nivel del suelo donde el servicio de telefonía celular es problemático).

Los códigos de error, sin embargo, no son infalibles. Es como buscar una falla después de un accidente automovilístico. A veces, la información que necesita se pierde en el evento. Si la falla se repite, deberá iniciar los procedimientos de solución de problemas eléctricos que se indican a continuación. Para tener éxito en la restauración del servicio, dado que el tiempo de inactividad debe mantenerse al mínimo pero debe garantizarse la seguridad y la confiabilidad, un protocolo de trabajo ordenado es esencial. Para empezar, los técnicos deben estar en modo de recopilación de información. Esto toma varias formas: entrevistar al operador y revisar el historial de la instalación, reunir la documentación disponible e inspeccionar visualmente el sitio.

En un edificio de oficinas, hotel o instalación de fabricación, normalmente hay una o más personas familiarizadas con el funcionamiento diario del ascensor o del banco de ascensores. Estos trabajadores pueden realizar tareas de rutina, como restablecer el controlador de movimiento si se estrella, inspeccionar las puertas en cada piso para ver que estén bien cerradas, revisar los interruptores de circuito de las derivaciones, etc. En caso de una falla significativa, un electricista en el lugar o un ascensor externo se puede llamar a un técnico y, en este punto, es necesario un procedimiento de diagnóstico serio.

Una buena forma de comenzar es entrevistar a quienes estén familiarizados con la instalación, especialmente si fueron los primeros en darse cuenta del mal funcionamiento y llamaron a los recursos de mantenimiento oa un técnico de ascensores externo. Es posible que estas personas no distingan entre un amplificador y una pantalla de lámpara, pero es probable que una de ellas conozca bien el historial de la instalación y conozca la causa del mal funcionamiento. Se debe prestar mucha atención al evento. ¿Se produjo de forma abrupta o gradual? ¿Se produjo en el curso de un apagón eléctrico? ¿Los usuarios informaron algún sonido inusual o un olor a quemado dentro o alrededor del automóvil o la sala de máquinas? Las respuestas a estas preguntas pueden apuntar a una rápida resolución.

La siguiente etapa en la investigación, dependiendo de la naturaleza del problema, es inspeccionar visualmente el automóvil, observando detenidamente el mecanismo de la puerta y los controles e indicadores accesibles para el usuario. Inmediatamente antes o después de eso, las inspecciones visuales del controlador de movimiento y el motor están en orden.

Si la interrupción comenzó recientemente, puede buscar cualquier signo de calor en el motor o en los componentes individuales del controlador de movimiento. Sin embargo, tenga en cuenta que incluso después de que la maquinaria se haya apagado, pueden presentarse altos voltajes peligrosos, incluso por encima del voltaje del sistema. Esto se debe a que un rectificador puede aumentar el voltaje de CC a un nivel más alto que la entrada de CA y a que los condensadores electrolíticos grandes son capaces de almacenar cantidades significativas de energía eléctrica durante un largo período de tiempo si no hay una resistencia en paralelo para purgar este voltaje.

Muchos problemas eléctricos del ascensor ocurren en dos áreas: el motor y los dispositivos de control y cableado asociados, o el controlador de movimiento y los dispositivos de control y cableado asociados. Dada la información obtenida de la entrevista con el usuario, la inspección visual y la naturaleza del mal funcionamiento, puede resultar obvio por dónde empezar.

Empezaremos por el motor. Puede que no responda por completo o que se sobrecaliente y se corte, un problema crónico que afecta a los motores envejecidos, porque, con el tiempo, el aislamiento interno se vuelve menos eficiente. Esto puede ser causado por (y, a su vez, ser una causa de) calentamiento, que se nota por primera vez cuando la temperatura ambiente es alta y / o el ascensor se usa mucho junto con una carga pesada o si hay fluctuaciones en el suministro eléctrico.

En un momento, los ascensores eran generalmente de CC, porque se necesitaba control de velocidad. A diferencia de un motor de CC, la velocidad de un motor de CA no se puede variar de manera eficiente sin causar un sobrecalentamiento simplemente reduciendo el voltaje. Todo esto cambió en la década de 1960 con la introducción del VFD, que permitió variar la velocidad de los motores de inducción de CA estándar cambiando el ciclo de trabajo de una entrada de energía de onda cuasi cuadrada en los terminales del motor. Una de las ventajas de esta disposición es que los motores de inducción no tienen escobillas, lo que elimina el mantenimiento de las escobillas y del conmutador. Los VFD son bastante confiables, pero cuando el motor de un ascensor no funciona como se esperaba, esta es un área para examinar, como sigue.

Todavía hay muchos motores de ascensor de CC en servicio y funcionan bien si está dispuesto a realizar el mantenimiento del conmutador de escobillas. (Se utiliza un rectificador simple para derivar CC de la fuente de alimentación de CA, y es fácil de verificar y reparar, si es necesario).

Independientemente del tipo de motor, no funcionará bien si el suministro de CA es inadecuado, por lo que ese es el lugar para comenzar. Hay muchas variedades de instrumentación de calidad eléctrica disponibles, y el manual del usuario (que se puede descargar del sitio web del fabricante) explica cómo tomar lecturas e interpretar los resultados. Sin embargo, este artículo asumirá que está utilizando un voltímetro digital portátil con entradas aisladas de tierra.

La mayoría de los VFD que pueden alimentar un motor de ascensor operan a 480 VCA trifásicos con suficiente corriente de falla disponible para causar múltiples muertes por explosión de arco, incluso si las víctimas no entran en contacto con superficies vivas. La filosofía general al realizar trabajos eléctricos es que, cuando sea posible, el suministro eléctrico debe desconectarse para apagar el equipo bajo investigación. Esto no es posible cuando se deben tomar lecturas de voltaje y corriente. Entonces se requieren precauciones adicionales para evitar golpes y lesiones por arco eléctrico.

Al discutir las medidas de voltaje y corriente, comenzaremos en sentido ascendente. Al determinar el procedimiento de diagnóstico, los técnicos generalmente consideran los problemas de accesibilidad y se esfuerzan por comenzar a medio camino entre la desconexión principal y los terminales del motor para verificar un gran bloque de circuitos de inmediato.

Al tomar lecturas de voltaje de alto nivel, siempre se requieren precauciones para evitar riesgos de descargas eléctricas. Los guantes para linieros de alto voltaje brindan una buena protección, pero aún así equipados, no debe tocar un cable o terminal con corriente. Los usuarios inflan periódicamente los guantes de alto voltaje con aire comprimido para detectar cualquier perforación o fuga. Al tomar medidas de alto voltaje, las botas de trabajo deben estar secas y tener suelas de goma gruesas libres de cortes o desgaste excesivo. El piso debe estar seco. El concreto debe considerarse un material conductor, por lo que es una buena práctica tirar una alfombra de goma gruesa y seca. Solo se deben utilizar herramientas de electricista completamente aisladas.

Para tomar lecturas de 480 V, es necesario un multímetro con sondas grandes y pesadas y entradas aisladas. El medidor debe estar clasificado para el voltaje y la corriente de falla disponible presente en los terminales principales. Estas clasificaciones se marcan invariablemente junto a las entradas del medidor.

La mala calidad de la energía medida en la desconexión principal o en la entrada del VFD dará como resultado un funcionamiento errático del variador y del motor o una falla total en el arranque. Las lecturas de fase a fase y fase a tierra deben estar dentro del 1% entre sí. Estas medidas deben tomarse con el motor apagado y encendido, y cargando completamente (con el automóvil en movimiento).

Las mediciones de corriente se realizan mejor con un amperímetro de pinza de electricista debidamente calificado. Sujete cada conductor de fase por turno con el motor en marcha y cargado. Se puede esperar que las variaciones de corriente entre las fases excedan las variaciones de voltaje. 10% es aceptable.

Las variaciones excesivas de voltaje y corriente se pueden atribuir a la mala calidad de la energía de la red, fallas de componentes dentro del VFD, defectos de cableado o terminación, o fallas dentro del motor. Si todas las fases miden lo mismo pero caen cuando el motor está conectado, podría haber problemas en los cojinetes u otros problemas mecánicos en el motor, o atascamiento en el mecanismo del elevador.

El diagrama esquemático de VFD muestra que la primera y la última etapa son imágenes especulares entre sí. En la etapa del rectificador, la CA trifásica se fusiona para convertirse en CC de dos hilos. En la etapa del inversor, la CC de dos cables se vuelve a dividir en CA trifásica, ahora modulada por ancho de pulso para controlar la velocidad del motor de inducción. En la etapa del rectificador, la energía de la red pública, la línea 1, la línea 2 y la línea 3 están conectadas a los puntos medios de tres pares de diodos, que rectifican la energía de la red eléctrica trifásica de 480 V (a veces 600 V) en la entrada, creando CC bipolar. , que se filtra a través de una red LC para eliminar la ondulación de CA. Esta CC pura se aplica al bus de CC de dos conductores, que la transporta a la etapa final del inversor.

El voltaje del bus de CC es más alto que el voltaje de la línea de CA, aunque no hay un transformador de potencia en el sistema. Esto es una consecuencia del hecho de que el voltaje de salida de un rectificador de onda completa se basa en el voltaje pico a pico, no en la raíz cuadrada media (RMS) en la entrada. A lo largo del bus de CC en un sistema de 480 VCA, se puede esperar que mida 679 VCC, que es 1.414 veces el valor de CA.

Para funcionar correctamente, un VFD requiere un voltaje puro y estable en el bus de CC, libre de ondulaciones significativas. Para medir la ondulación, use el multímetro en modo VAC. Cualquier ondulación superior al 1% es problemática. Interrumpirá la etapa del inversor y provocará variaciones en la velocidad y el par del motor.

Si hay una ondulación excesiva, mire la red de filtros. A veces, los inductores se abren, lo que provocaría que no apareciera voltaje en el bus de CC o que se cortocircuitaran algunas vueltas. Pero, lo más probable es que uno o ambos condensadores electrolíticos se hayan averiado.

Para comprobar los condensadores, es necesario apagar la unidad. Para hacer esto, mueva la desconexión principal a la posición de apagado. Como saben la mayoría de los técnicos en electrónica, los condensadores electrolíticos que operan a alto voltaje retienen una carga potencialmente letal mucho tiempo después de que se apagan. El peligro de descarga es severo en un sistema de 480 V. Además de los condensadores grandes en la sección del rectificador, puede haber capacitancia distribuida por todo el sistema. Antes de continuar, después de que se haya apagado el VFD y se haya bloqueado la desconexión, se debe descargar cada uno de los capacitores y cualquier otra ubicación en el circuito que pueda retener una carga. La forma incorrecta de hacer esto es desviar los terminales con un destornillador o una herramienta similar. Es probable que la alta corriente involucrada dañe los condensadores al perforar la delgada capa dieléctrica. El procedimiento correcto es conectar una resistencia de potencia de alto voltaje y bajo ohmio equipada con pinzas de cocodrilo aisladas en los terminales. Utilice guantes de alto voltaje.

Cualquier combinación de resistencia / condensador tiene una cierta constante de tiempo, que es función de la resistencia y la capacitancia. Durante la descarga, a medida que disminuye el voltaje, la tasa de cambio también disminuye, de modo que se acerca a 0 V pero nunca se alcanza por completo. Por lo tanto, es necesario tomar medidas en cada condensador y nodo de circuito potencial para determinar cuándo se ha alcanzado un nivel seguro. Solo entonces se pueden probar los componentes de forma segura con un ohmímetro y, aun así, no es necesario tocar un cable o terminal desnudo. Utilice únicamente herramientas de electricista completamente aisladas.

Para probar un capacitor descargado, se debe desconectar uno de los dos cables para sacarlo del circuito, eliminando cualquier impedancia parcial en paralelo que pueda dar una lectura falsa. Primero, verifique visualmente los condensadores. Si hay algún signo de hinchazón o distorsión, fugas o apariencia quemada, el capacitor está defectuoso y debe reemplazarse. Revise las terminaciones en busca de corrosión y juntas sueltas. Es una buena práctica separar y volver a conectar todos los conectores a presión para pulir las uniones.

Hay varios tipos de probadores de capacitores, diodos y semiconductores. Algunos instrumentos de laboratorio prueban semiconductores aplicando las polarizaciones de CC correctas y luego inyectando una señal de prueba. La salida se mide y evalúa. Sin embargo, los componentes defectuosos a menudo se pueden detectar mediante simples pruebas con un multímetro.

Para ver cómo reacciona un buen condensador electrolítico cuando se prueba con un ohmímetro, conecte el medidor a un componente que se sepa que está en buenas condiciones. Si actualmente está en un estado descargado, la lectura de resistencia aumentará o disminuirá, dependiendo de la forma en que la batería interna del medidor lo desvíe, hacia adelante o hacia atrás. Los valores de ohmios cambiarán rápidamente al principio, luego más lentamente a medida que se acerque al punto final. Si se invierten las sondas, las lecturas progresarán en la dirección opuesta. Los electricistas llaman a este comportamiento característico del condensador electrolítico "contar" y significa que el condensador está funcionando. (Los capacitores no electrolíticos generalmente no hacen esto, porque su capacitancia es demasiado baja). Sin embargo, esta no es una verdadera prueba dinámica. Con el voltaje total del bus de CC, un capacitor que pasa la prueba del óhmetro puede estar realmente defectuoso. Si los inductores y condensadores dan buenos resultados, y las terminaciones están bien, pero todavía hay ondulación, es posible que deba reemplazar los componentes uno a la vez para encontrar al culpable.

Para verificar los diodos, nuevamente levantando un cable para sacar los componentes del circuito, verifique con el multímetro en modo ohmios. El dispositivo conducirá de una manera pero no de otra. Esto se debe a que la batería del ohmímetro está polarizando el diodo hacia adelante o hacia atrás. Esta tampoco es una verdadera prueba dinámica, pero es probable que detecte un diodo defectuoso, que está en cortocircuito o abierto.

Las mediciones se realizan de manera bastante diferente para el lado de salida, utilizando diferente instrumentación porque el nivel de voltaje es comparativamente bajo y la frecuencia es mucho más alta, especialmente cuando se consideran los rápidos tiempos de subida y bajada de los pulsos como componentes de frecuencia.

La etapa final del inversor de un VFD tiene las siguientes entradas: el voltaje del bus de dos cables, 679 VCC para un sistema de 480 VCA y el flujo de datos de bajo voltaje que proviene del controlador de movimiento del ascensor. Este consta de seis entradas aplicadas a los terminales base de los seis transistores bipolares de puerta aislada. Estos transistores de conmutación modulan el alto voltaje del bus de CC y emiten un pulso trifásico de alto voltaje y alta corriente adecuado para alimentar el motor del ascensor. Como se ve en el esquema del VFD, estos semiconductores tienen capas internas de diodos, que se pueden verificar con un ohmímetro. Además, se pueden tomar medidas de voltaje en las seis salidas para ver si están dentro del 2% entre sí.

Cuando el motor funciona mal o no funciona en absoluto, naturalmente querremos ver la potencia que se le aplica. Esto se puede medir en los terminales de salida del VFD o en los terminales de entrada del motor. Es posible que los voltajes y las formas de onda no sean los mismos debido a las imperfecciones que pueden existir en el cableado o las terminaciones.

Para mayor claridad, el esquema de VFD no muestra los conductores de datos PWM del controlador de movimiento, ni muestra un conductor de tierra. Suponiendo que se haya verificado el bus de CC, lo siguiente es observar la potencia que se transmite al motor. Un multímetro RMS convencional en modo voltio no puede leer con precisión este voltaje señalizado, porque exhibe una forma de onda no sinusoidal modulada por ancho de pulso. La razón de esta incapacidad es que dicha instrumentación normalmente tiene demasiado ancho de banda. En consecuencia, responde en exceso a componentes de alta frecuencia irrelevantes aplicados al voltaje del bus de CC en la sección del inversor VFD.

El multímetro Fluke 87V, que incluye un filtro de paso bajo seleccionable interno, es adecuado para este tipo de trabajo. Cuando el usuario activa este filtro presionando un botón amarillo en el panel frontal, el Fluke 87V mostrará lecturas precisas de voltaje, corriente y frecuencia en la salida del VFD al motor.

En las aplicaciones de ascensores, la puesta en marcha es fundamental. La mayoría de los VFD permiten habilitar el inicio automático. La salida puede ir a una frecuencia designada después de que se haya eliminado una falla o después de que el sistema se haya reiniciado manualmente después de una señal de parada de emergencia. Son posibles varios modos de inicio automático. Dado que la seguridad de los pasajeros es siempre la consideración principal, este comportamiento debe diseñarse teniendo eso en cuenta.

Preguntas de refuerzo del aprendizaje

Utilice las siguientes preguntas de refuerzo del aprendizaje para estudiar para el Examen de evaluación de educación continua disponible en línea en www.elevatorbooks.com o en la p. 121 de este número.
♦ ¿Cómo se mide el rizado de CA en un bus de CC de VFD?
♦ ¿Cómo se prueban los condensadores?
♦ ¿Cómo se descargan los condensadores?
♦ ¿Qué instrumentación se requiere para medir una salida de VFD?
♦ ¿Cuál es el propósito de una sección de inversor VFD?