Solución de problemas en motores eléctricos y variadores de frecuencia en aplicaciones de ascensores

Una guía práctica de campo para los profesionales del sector de los ascensores.

Por Jeff Collins

Los sistemas de ascensores modernos dependen en gran medida de motores eléctricos, variadores de frecuencia (VFD) y sofisticados sistemas de control para ofrecer un funcionamiento fluido, fiable y energéticamente eficiente. Si bien estas tecnologías han mejorado notablemente la calidad del viaje y la eficiencia, también han planteado nuevos desafíos para la resolución de problemas a los mecánicos y técnicos de ascensores.

Para los técnicos de ascensores, comprender la interacción entre motores, variadores, calidad de la energía, sistemas mecánicos y lógica de control es fundamental para reducir el tiempo de inactividad y prevenir fallas recurrentes. Empresas como Renown Electric Motors & Repair Inc. colaboran estrechamente con contratistas de ascensores en todo Canadá y otros países para diagnosticar y reparar desde grupos electrógenos (MG) obsoletos y máquinas con o sin engranajes hasta modernos sistemas de tracción controlados por variadores de frecuencia (VFD) que utilizan motores de imanes permanentes.

La sala de máquinas de los ascensores modernos ha cambiado.

La solución de problemas tradicional de los ascensores solía centrarse en contactores, relés, frenos y desgaste mecánico. Los sistemas de ascensores actuales incorporan capas de electrónica, entre las que se incluyen:

• Variadores de frecuencia y accionamientos regenerativos
• Codificadores y sistemas de retroalimentación
• Componentes electrónicos sensibles a los armónicos, como los reactores de línea y de carga.
• La conmutación por modulación de ancho de pulso (PWM) de alta frecuencia suele ser la responsable de los "efectos fantasma en la máquina".
• Controles en red
• Dependencias de la calidad de la energía, incluyendo desequilibrio de fase, caídas de tensión, sobretensiones e interrupciones.

El resultado es que muchos “problemas de motor” son en realidad:

• Problemas relacionados con la unidad
• Problemas de calidad de la energía
• deficiencias de puesta a tierra
• Daños por corriente
• Programación incorrecta
• Fallos de refrigeración o ambientales

Asimismo, muchos supuestos fallos en el variador son en realidad problemas mecánicos que se ocultan tras síntomas electrónicos. Para solucionar estos problemas con éxito, es necesario analizar el sistema en su conjunto, en lugar de componentes aislados.

Síntomas comunes del motor del ascensor y del variador de frecuencia

1. Disparos intempestivos del variador de frecuencia

Los fallos típicos incluyen:

• sobrecorriente
• Falla a tierra
• sobretensión del bus de CC
• Exceso de temperatura
• Pérdida del codificador
• Desequilibrio de fase de salida
• Corriente de modo común excesiva

Causas comunes:

• Aislamiento del motor desgastado
• Conexiones sueltas del motor
• Parámetros de aceleración incorrectos
• Problemas de sincronización de los frenos
• Voltaje de onda reflejada excesivo
• Encuadernación mecánica en la máquina
• Problemas de regeneración durante la desaceleración
• Malas prácticas de puesta a tierra
• El soporte del codificador está suelto o roto.
• Ventiladores y disipadores de calor obstruidos o defectuosos
• Problema/mantenimiento de la fuente de alimentación; la mayoría de los fabricantes recomiendan el mantenimiento cada cinco a siete años.

Los contactores desgastados pueden provocar problemas de monofase y de calidad de voltaje en motores y grupos electrógenos.

Renown Electric señala que muchas fallas en los variadores de frecuencia no son fallas electrónicas catastróficas, sino problemas relacionados con el mantenimiento que empeoran con el tiempo debido a la falta de inspección y pruebas. Consejo práctico: El estado de su variador a menudo se puede evaluar observando los condensadores en busca de signos de abultamiento, fugas de electrolito blanco/calcáreo (a veces marrón) u otros signos de estrés. Los condensadores estresados ​​provocarán un voltaje de bus incorrecto, problemas de regeneración y un voltaje inestable del motor. Revise si los ventiladores están sucios u obstruidos.

2. Fallas prematuras en los cojinetes del motor

Uno de los problemas más pasados ​​por alto en las aplicaciones de ascensores es el daño a los cojinetes causado por la tensión en el eje y las corrientes de modo común inducidas por el variador de frecuencia.

La conmutación de alta frecuencia dentro de los variadores de frecuencia puede generar mecanizado por descarga eléctrica (EDM) dentro de los cojinetes, produciendo:

• Pistas de rodamientos esmeriladas
• Picaduras
• Patrones de aleteo * Gemidos o gruñidos audibles

Los síntomas a menudo incluyen:

• Mayor vibración
• Ruido a ciertas velocidades
• Sustitución repetida de rodamientos
• Inestabilidad del codificador

Como ya hemos mencionado, es importante abordar los daños por sobretensión en el eje y sobrecorriente en los cojinetes de los sistemas de variadores de frecuencia mediante métodos de mitigación como los inductores de modo común y las técnicas de puesta a tierra adecuadas. Consejo práctico: Muchos de los disparos inexplicables que solo requieren un reinicio sin ningún otro problema aparente se deben a la corriente de modo común y a malas prácticas de puesta a tierra. Verifique que el blindaje sea adecuado, que las correas de puesta a tierra sean de buena calidad y que la conexión a tierra al edificio sea firme y correcta para evitar disparos intempestivos y picos de tensión en sus motores.

3. Sobrecalentamiento del motor

Los motores de los ascensores (de corriente alterna y continua), ya sea que funcionen con variadores de frecuencia, grupos electrógenos o arrancadores suaves, pueden sufrir sobrecalentamiento cuando operan a la velocidad nominal o por debajo de ella.

Síntoma	Posible causa eléctrica	Posible causa mecánica
Disparo por sobrecorriente	Bobinado en cortocircuito	Cojinetes ajustados
Sobrecalentamiento del motor	Armónicos	Arrastre del freno
Fallo del codificador	Interferencia de ruido	Holgura de acoplamiento
Vibración	desequilibrio eléctrico	Guías de rodillos
fallos de regeneración	Ajuste de la transmisión	Inercia de carga excesiva

Las causas comunes incluyen:

• Flujo de aire de refrigeración reducido a baja velocidad
• Calentamiento armónico
• Desequilibrio de voltaje
• Voltaje incorrecto
• Frecuencia portadora incorrecta
• Sobrecarga por arrastre/sincronización de los frenos
• Arranques excesivos por hora

La termografía infrarroja y el análisis de bobinados son herramientas valiosas para identificar problemas térmicos incipientes antes de que se produzca una falla en el aislamiento. Consejo práctico: Comprobar el voltaje con un multímetro generalmente solo proporciona la lectura de voltaje eficaz (RMS) (promedio). En la mayoría de los casos, el voltaje RMS y el voltaje pico real son muy diferentes; por lo tanto, recomendamos encarecidamente utilizar dispositivos de medición de la calidad de la energía, como un monitor de voltaje o un analizador de calidad de la energía.

Comprender la diferencia entre problemas eléctricos y mecánicos

Un error común al diagnosticar fallas es asumir que todas tienen un origen eléctrico. Los técnicos de ascensores experimentados comprenden que los sistemas de ascensores están altamente integrados. Una polea desgastada, un freno desalineado o un problema en la caja de engranajes pueden confundirse fácilmente con un problema eléctrico. Consejo práctico: revise la alineación de la polea, el roce de la pinza del cable y las guías de rodillos atascadas por resortes, o verifique la configuración y el voltaje del motor; por lo general, el motor es "simple" y responde a lo que detecta.

La importancia del mantenimiento predictivo

Uno de los mayores cambios en la industria es el paso de la reparación reactiva al mantenimiento predictivo. En lugar de esperar a que una máquina falle, el mantenimiento predictivo utiliza tecnologías como:

• Análisis de vibraciones * Análisis de la firma de corriente del motor
• Análisis de bobinado
• Termografía infrarroja * Engrase inteligente basado en ultrasonidos
• Monitoreo en línea

Estas tecnologías se utilizan para identificar fallos incipientes de forma temprana. Esto es especialmente importante en los ascensores, donde el tiempo de inactividad afecta a:

• Satisfacción del inquilino
• Operaciones de construcción
• Cumplimiento de accesibilidad
• Capacidad de respuesta a emergencias

Muchos sistemas ahora utilizan el análisis de firmas de corriente (CSA) con IA para proporcionar información detallada sobre el estado del motor y del sistema. La combinación del CSA del motor con los datos de PMT permitirá detectar muchos de los problemas comunes asociados con motores y variadores mucho antes de que se produzca una falla catastrófica. Consejo: No existe una solución única para la monitorización de máquinas. Probablemente se requiera un enfoque híbrido para aprovechar al máximo estas tecnologías. Incluso estas tecnologías requirieron la capacitación de expertos para predecir las fallas. Aprender a interpretar lo que se ve y se oye es fundamental para solucionar problemas de los sistemas de manera eficaz.

Flujo de trabajo para la resolución de problemas en técnicos de ascensores

Paso 1: Comencemos con la historia.

Antes de tocar el equipo:

• ¿Ha ocurrido este problema antes?
• ¿Comenzó después de la modernización?
• ¿Se ha sustituido recientemente algún motor o sistema de transmisión?
• ¿El problema aparecía de forma estacional?
• ¿Los fallos dependen de la carga?

Muchos problemas intermitentes de los ascensores tienen su origen en:

• Reparaciones inadecuadas previas
• Clonación de parámetros incorrecta
• Malas prácticas de puesta a tierra
• Contaminación ambiental

Paso 2: Verificar la calidad de la energía.

Una mala alimentación eléctrica puede provocar:

• fallas en el bus de CC
• Inestabilidad de la conducción
• Calentamiento excesivo
• Viajes molestos

Comprobar:

• Desequilibrio de voltaje
• Terminales sueltos
• Superficies de contacto
• Armónicos
• problemas de puesta a tierra
• Pérdida de fase
• perturbaciones en los servicios públicos

Incluso un pequeño desequilibrio de voltaje puede aumentar drásticamente el calentamiento del motor y reducir su vida útil.

Paso 3: Inspeccione el sistema mecánico.

Nunca intente solucionar un problema de un variador de frecuencia sin inspeccionarlo:

• Operación de freno
• Estado de la caja de cambios
• Desgaste de polea
• Tensión de la cuerda
• Estado del cojinete
• Alineación
• Ventilación

La resistencia mecánica suele manifestarse primero electrónicamente.

! Las bobinas de campo de las máquinas de corriente continua pueden volverse quebradizas y quemarse con el tiempo, generalmente debido a una sobretensión o a una mala circulación de aire en la sala de máquinas.

Paso 4: Analizar el motor

Las pruebas avanzadas pueden incluir:

• Prueba de Megger
• Comparación de sobretensiones
• Resistencia del bobinado
• Análisis de firma de corriente del motor.
• Análisis de la barra del rotor
• Prueba de descarga parcial

Un taller mecánico de confianza utilizará análisis de bobinado, tanto en sus instalaciones como en campo, para evaluar el estado del aislamiento e identificar fallas precoces antes de que se produzcan cortes de energía. Consejo: Un megóhmetro solo indicará si un motor tiene una falla a tierra, no cortocircuitos entre fases. Es posible que su motor pase una prueba de megóhmetro, pero no pueda funcionar bajo carga. Para ello, se requiere una prueba de sobretensión o un megóhmetro más avanzado, como el MTR-105, diseñado específicamente para pruebas de motores.

Paso 5: Revisar los parámetros de la unidad

La programación incorrecta de los variadores de frecuencia sigue siendo una fuente importante de problemas.

Los entornos críticos incluyen:

• Motor FLA
• Rampas de aceleración/desaceleración
• Límites actuales
• Escalado del codificador

Aquí está el texto extraído de la imagen, formateado para mayor claridad:

• Frecuencia de carga
• lógica de frenado
• Ajustes de aumento de par
• Ajuste correcto del voltaje para los campos y la armadura en máquinas de CC.
• circuitos de disparo de compuertas

Las copias de seguridad de los parámetros son esenciales durante los proyectos de modernización. Consejo profesional: Verificar el voltaje correcto puede salvar un motor mucho antes de que se queme el aislamiento. Busque señales de bobinados agrietados o quebradizos o de una generación excesiva de calor para orientar sus esfuerzos de diagnóstico.

La monitorización en línea está cambiando el mantenimiento de los ascensores.

La industria de los ascensores está adoptando cada vez más sistemas de monitorización del estado de los mismos en línea.

Las tecnologías de monitoreo modernas pueden:

• Detectar a tiempo los defectos en los rodamientos
• Crecimiento de la vibración de la tendencia
• Monitorear la degradación del bobinado
• Identificar el desequilibrio de fase
• Predecir fallos antes del apagado

Un buen programa de mantenimiento predictivo incorpora tecnologías como:

• Amplificación del movimiento
• Análisis de vibraciones
• Lubricación por ultrasonido
• Análisis de bobinado
• Inspección infrarroja

El futuro del mantenimiento de ascensores se dirige hacia:

• Monitoreo continuo
• Diagnóstico asistido por IA
• Analítica predictiva
• Solución de problemas a distancia
• Mantenimiento bajo condiciones

La investigación académica también está mostrando cada vez más resultados sólidos al utilizar modelos de aprendizaje automático para la predicción y clasificación de fallas en motores eléctricos.

Errores comunes en la resolución de problemas de motores de ascensores y variadores de frecuencia

Sustitución de piezas sin identificar la causa raíz

Uno de los errores más comunes y costosos es reemplazar motores, variadores o componentes sin comprender la causa original de la falla. Un variador de frecuencia defectuoso puede deberse a una mala conexión a tierra, problemas con la calidad de la alimentación eléctrica, fallas en el aislamiento del motor o problemas de carga mecánica. Sin un análisis adecuado de la causa raíz, las fallas recurrentes son prácticamente inevitables.

Ignorar los factores mecánicos

No todos los problemas eléctricos tienen un origen eléctrico. Problemas mecánicos como el desgaste de los cojinetes, el arrastre de los frenos, la desalineación de las poleas, el desequilibrio en la tensión de los cables, los problemas en la caja de engranajes o las vibraciones excesivas pueden generar señales eléctricas anómalas que parecen indicar fallos en el motor o el variador. Para una resolución de problemas eficaz, es necesario considerar el sistema del ascensor como un conjunto electromecánico integral, en lugar de como componentes aislados.

Malas prácticas de conexión a tierra y blindaje

Una conexión a tierra, un tendido de cables y un apantallamiento inadecuados son factores importantes que contribuyen a fallos molestos y a un funcionamiento poco fiable en los sistemas de ascensores modernos. Los errores de retroalimentación del codificador, los fallos de comunicación, los disparos intermitentes y el comportamiento errático del variador suelen deberse a ruido eléctrico, una conexión equipotencial incorrecta o prácticas de terminación de apantallamiento inadecuadas. El ruido de alta frecuencia generado por los variadores de frecuencia puede interferir fácilmente con los circuitos de control sensibles si se descuidan las prácticas de instalación.

Saltarse el mantenimiento preventivo

Muchas fallas en variadores de frecuencia y motores se desarrollan gradualmente con el tiempo. La acumulación de polvo, la contaminación de los circuitos de refrigeración, los terminales sueltos, el deterioro de los condensadores, la entrada de humedad y la obstrucción de la ventilación pueden acortar significativamente la vida útil del equipo. La inspección rutinaria, el escaneo térmico, la limpieza, la verificación del par y el monitoreo del estado siguen siendo esenciales para la confiabilidad a largo plazo y la reducción del tiempo de inactividad.

Suponiendo que el nuevo equipo elimina los problemas existentes.

La modernización no resuelve automáticamente los problemas subyacentes del sistema. Los nuevos variadores y motores aún requieren una puesta en marcha adecuada, ajuste de parámetros, consideración de armónicos, verificación de la conexión a tierra, coordinación de frenos y análisis de carga. Instalar nueva tecnología en un sistema mecánico existente sin abordar las deficiencias subyacentes puede simplemente transferir los problemas antiguos a los nuevos equipos.

Pasando por alto los problemas de calidad de la energía

El desequilibrio de voltaje, los armónicos, los picos transitorios, la mala calidad del suministro eléctrico y las configuraciones inadecuadas de transformadores y reactores pueden afectar negativamente tanto a los motores como a los variadores de frecuencia. Muchas fallas intermitentes se originan antes del propio equipo del ascensor. Un análisis adecuado de la calidad de la energía es cada vez más importante a medida que los edificios incorporan mayor carga eléctrica, generadores de respaldo y equipos de alta eficiencia energética. Preste mucha atención al desequilibrio de fases; no es raro encontrar edificios con una fase sobrecargada que provoca la caída de una de las tres fases.

No realizar un seguimiento de las tendencias ni monitorear el estado del equipo.

La resolución de problemas basada en una única instantánea temporal puede pasar por alto problemas incipientes. El análisis de tendencias de vibración, temperatura, firma de corriente, estado del aislamiento e historial de fallas del variador permite a los técnicos identificar el deterioro antes de que se produzcan fallas catastróficas. Las tecnologías de mantenimiento predictivo se están convirtiendo en una de las herramientas más valiosas para reducir las interrupciones no planificadas y prolongar la vida útil de los equipos.

Confiar únicamente en los códigos de falla

Los códigos de avería son solo puntos de partida, no diagnósticos definitivos. Un fallo en el sistema de control de la transmisión puede indicar sobrecorriente, sobretensión o pérdida del codificador, pero la causa subyacente podría ser mecánica.

Problemas de conexión, regeneración, mala conexión a tierra o alimentación eléctrica inestable. La resolución de problemas eficaz combina el historial de fallas con pruebas prácticas de campo, comprensión operativa y experiencia.

Para muchas instalaciones, la estrategia más eficaz es una combinación híbrida que fusiona tecnologías de monitorización modernas con especialistas en resolución de problemas con amplia experiencia. Las herramientas avanzadas permiten identificar tendencias y anomalías de forma temprana, pero la correcta interpretación de estos hallazgos sigue requiriendo técnicos experimentados que comprendan tanto el funcionamiento eléctrico como el mecánico de los sistemas de ascensores. Esta combinación contribuye a reducir las averías recurrentes, mejorar el tiempo de actividad y evitar la sustitución innecesaria de componentes.

Conclusión

Los sistemas de ascensores actuales combinan ingeniería eléctrica, electrónica, mecánica, software y calidad de la energía en una máquina perfectamente integrada. Para solucionar problemas de forma eficaz, es necesario comprender cómo interactúan todos estos sistemas.

Los mejores técnicos de ascensores ya no son simplemente mecánicos o electricistas, sino especialistas en diagnóstico de sistemas. Muchos talleres siguen ofreciendo servicios al sector de los ascensores:

• Reparación de motores y generadores
• Diagnóstico y reparación de unidades
• Programas de mantenimiento predictivo
• Análisis de bobinado
• Reparación de poleas y cajas de engranajes
• Soporte de servicio de campo
• Soluciones para equipos obsoletos
• Tecnologías de monitoreo en línea

A medida que los sistemas de ascensores sigan evolucionando, los técnicos que adopten el diagnóstico, el mantenimiento predictivo y la resolución de problemas a nivel de sistema serán los mejor posicionados para minimizar el tiempo de inactividad, mejorar la fiabilidad y resolver los problemas difíciles que otros no pueden.