¿Por qué se utiliza un rodamiento aislado para motores accionados por VFD?

En la actualidad, la tecnología ha avanzado de tal manera que todas las industrias buscan optimizar sus sistemas y reducir costos energéticos. En el caso de los motores accionados por Variable Frequency Drive (VFD), el uso de rodamientos aislados se ha vuelto fundamental para garantizar un rendimiento eficiente y prolongar la vida útil de los motores. ¿Te estás preguntando por qué? Sigue leyendo y descubre la importancia de estos rodamientos en la industria actual.

Rodamiento aislado para el motor se utiliza para evitar la circulación de corriente a través del cojinete del motor. La corriente circulante del cojinete puede dañar el cojinete. Cuando hacemos funcionar un motor de inducción con un variador de frecuencia, es probable que falle debido a una falla en el rodamiento. En este artículo, analizaremos cómo fluye la corriente circulante a través del cojinete del motor cuando el VFD acciona el motor de inducción. También discutiremos cómo evitar la corriente circulante para evitar daños en los rodamientos.


¿Cómo causan los VFD daños en los rodamientos?

En el motor de gran potencia y el voltaje inducido del eje del alternador provocan el flujo de corriente circulante desde el eje del motor hasta la pista exterior, los rodillos o las bolas del rodamiento. La corriente circulante puede dañar el rodamiento. Por eso ponemos a tierra el eje del motor a través de la escobilla de carbón para que la corriente que circula encuentre su camino a tierra y no pase por el rodamiento. El mismo fenómeno ocurre con un motor de inducción accionado por VFD. La magnitud de la corriente circulante de los cojinetes con VFD es mucho mayor y causa daños en los cojinetes.

Corriente de eje inducida por VFD en motor de CA

Comprendamos cómo se acumula el voltaje del eje cuando la corriente PWM fluye a través del devanado del motor.

El motor tiene partes aislantes y conductoras, por lo tanto, se forma capacitancia entre las partes aislantes y conductoras del motor. La capacitancia parásita formada entre las diversas partes del motor se vuelve más relevante cuando el motor es impulsado por un inversor de fuente de voltaje PWM. El circuito equivalente del motor considerando toda la capacitancia parásita es el siguiente.

¿Por qué se utiliza un rodamiento aislado para motores accionados por VFD?

Capacidades parásitas en un motor de inducción

Las diversas capacitancias parásitas formadas en el motor se denominan;

LCR – Capacitancia del estator al marco
RSC– Capacitancia del estator al rotor
FRC – Capacitancia del rotor al marco
CB – Capacidad de rodamiento

Toda la capacitancia anterior es responsable de inducir el voltaje del eje en un motor de inducción. El valor de la capacitancia es bajo cuando hacemos funcionar el motor de inducción con voltaje sinusoidal puro. Sin embargo, con VFD, el valor de la capacitancia parásita es diferente y genera voltaje en el eje del motor.

CSF: capacitancia del estator al marco

Esta es la capacitancia primaria formada entre el devanado del estator y la estructura del motor puesta a tierra. El valor de la capacitancia es el más grande entre todas las capacitancias parásitas. La mayor parte de la corriente de modo común causada por el alto dv/dt del voltaje de modo común de la forma de onda PWM fluye a través de esta ruta.

CSR: capacitancia del estator al rotor

Esta capacitancia se forma entre el devanado del estator y el marco del rotor. El valor de la capacitancia es bastante pequeño, pero tiene más importancia, ya que carga el eje que está conectado físicamente al rotor y esta capacitancia parásita es responsable del voltaje del eje. Por lo tanto, el valor de esta capacitancia es muy importante para evaluar la magnitud del voltaje del eje.

CRF- Capacitancia del rotor al bastidor

La capacitancia del rotor al marco completa la ruta de carga iniciada desde el devanado del estator hasta el rotor. El valor del CRF es aproximadamente diez veces mayor que el de la capacitancia de la superficie del devanado del estator al rotor (CSR). La mayor parte del voltaje de modo común aplicado aparece CSR y solo se desarrolla un pequeño voltaje a través de CRF. El voltaje desarrollado a través de la capacitancia del rotor a la estructura se denomina voltaje del eje. Por lo tanto, el CRF es vital para establecer el voltaje del eje.

CBCapacitancia del eje al marco

El eje del motor descansa sobre los cojinetes. Cuando el motor gira, las bolas en el cojinete de bolas o el cojinete de rodillos flotan y ocupan el espacio entre la pista interior y exterior del cojinete. Se forma una película aislante por el medio lubricante en el que flota la bola o el rodillo. La capacitancia es transitoria y se forma solo cuando el motor gira.

El valor de la capacitancia del eje al marco o la capacitancia del rodamiento CB depende de la velocidad del eje, el tipo de lubricante utilizado, la temperatura del lubricante, el área superficial de la bola o el rodillo en el rodamiento y la carga mecánica en el eje. El valor de la capacitancia es importante porque la magnitud de la corriente del cojinete depende de la capacitancia del cojinete y la vida útil del cojinete depende de la corriente del cojinete.


Toda la capacitancia parásita anterior se muestra en un modelo eléctrico como se muestra a continuación.

¿Por qué se utiliza un rodamiento aislado para motores accionados por VFD?

Mecanismo detrás de las corrientes de cojinetes circulantes de alta frecuencia

El voltaje de modo común es responsable del flujo de corriente en varias partes del motor. Las diversas corrientes que fluyen cuando el inversor PWM impulsa el motor son las siguientes. La corriente del cojinete se puede clasificar en cuatro corrientes diferentes según su mecanismo de generación.

¿Por qué se utiliza un rodamiento aislado para motores accionados por VFD?

Corriente del eje del motor de CA inducida y fallas en los cojinetes

Hay 4 tipos de flujos de corriente significativos en el motor de CA accionado por VFD.

1. Corriente de rodamiento capacitiva (i1)

Un alto voltaje de modo común causa un flujo de corriente de pulso al rotor a través de la capacitancia parásita entre el estator y el rotor CSR. La corriente se divide en dos caminos. El primer camino es el camino de retorno formado por la capacitancia entre el rotor y el marco CRF y el segundo camino está formado por la capacitancia entre la pista interior y exterior del rodamiento CB. Dado que CSR es mucho más pequeña que la combinación paralela de CRF y CB, la amplitud de i1 es más pequeña que la corriente de modo común total (ISF).

Sin embargo, el flujo constante de corriente eléctrica a través de la corriente del rodamiento causa calor en el sistema de lubricación y provoca fallas en el rodamiento.

2. Corriente de cojinete de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) (i2)

Una carga eléctrica se almacena en la capacitancia (CRF) debido al voltaje de modo común. El CRF se forma a lo largo del cuerpo y el marco del rotor. El voltaje a través de CRF sigue acumulándose y finalmente alcanza un nivel tal que puede causar que se rompa el aislamiento de la película lubricante. Esta ruptura dieléctrica da como resultado que la carga almacenada a través de CRF se descargue a través de la película aislante del cojinete y crea una corriente de cojinete EDM. La energía almacenada en el CRF de capacitancia puede dañar los rodamientos.

3. Corriente de eje de modo común (i3)

Si la estructura del motor está mal conectada a tierra, la corriente encuentra el camino a través de la carga mecánica que tiene una impedancia de conexión a tierra mucho más baja.

4. Corriente de rodamiento circulante (i4)

La corriente circulante fluye a lo largo del eje del rotor, a través de los cojinetes y circula a través del marco del estator y regresa desde el otro extremo del cojinete. La corriente circulante es generalmente insignificante.

Prevención de daños en los rodamientos inducidos por VFD en motores eléctricos

La principal causa de daños en los cojinetes de un motor accionado por VFD es la corriente circulante. La corriente circulante que pasa a través de los cojinetes del motor debe evitarse para evitar el daño de los cojinetes del motor. Las siguientes son las formas y métodos para obstaculizar la corriente circulante a través de los cojinetes del motor.


1. Dispositivos de puesta a tierra del eje

Los dispositivos de puesta a tierra del eje minimizan el voltaje del eje y evitan daños en los cojinetes causados ​​por la corriente circulante en los cojinetes. El eje del motor se conecta a tierra conectando una escobilla de carbón entre el eje del motor y la estructura del motor. La corriente encuentra la ruta de menor impedancia a través de este circuito y no fluye a través del rodamiento. Se requiere el mantenimiento/reemplazo regular de la escobilla de carbón para una operación confiable.

2. Rodamientos aislados

Se puede usar un cojinete aislado en el lado NDE del motor para evitar que la corriente fluya a través del cojinete hacia tierra. El rodamiento aislado dificulta el camino de la corriente circulante que puede fluir desde el eje, la pista interior, las bolas o rodillos del rodamiento, la pista exterior hasta el bastidor del motor.

3. Filtros de modo común pasivos/activos externos

Los filtros de ruido de modo común se utilizan para cancelar el ruido de modo común del sistema. Estos filtros son voluminosos y caros y provocan oscilaciones de tensión si los componentes pasivos no están ajustados correctamente.

3. Inversor multinivel tecnología

El inversor multinivel tiene un voltaje de modo común bajo y, por lo tanto, la corriente de los cojinetes se reduce drásticamente.

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