Sobrecalentamiento del servoaccionamiento y del motor: causas, prevención y resolución de problemas

Un servomotor o un variador se sobrecalienta cuando la generación de calor supera la disipación del mismo. Todos los componentes sensibles a la temperatura del sistema —el aislamiento del bobinado, el lubricante de los rodamientos, los imanes permanentes, el codificador y la electrónica de potencia del variador— se deterioran a un ritmo que se acelera exponencialmente con la temperatura. Por eso los fallos térmicos son silenciosos, acumulativos y costosos: cuando aparece el código de error, la vida útil ya se ha agotado.

Este artículo aborda los orígenes mecánicos y eléctricos del calor en un sistema servo, las relaciones entre el dimensionamiento y el ciclo de trabajo que determinan si un variador funcionará dentro de su margen térmico, el procedimiento de diagnóstico para un fallo por sobrecalentamiento y las protecciones específicas de hardware integradas en los variadores de AMC.

Los argumentos económicos a favor de tomarse en serio la gestión térmica de los servomotores están bien documentados. Siemens’ El verdadero coste del tiempo de inactividad 2024 Según el informe, el coste anual de los paros imprevistos asciende a 1,4 billones de dólares estadounidenses entre los 500 mayores fabricantes mundiales, lo que supone aproximadamente el 11% de sus ingresos totales [1]. El calor excesivo es una de las principales causas de fallo del aislamiento en los motores eléctricos, y cada 10 °C de sobrecalentamiento prolongado reduce aproximadamente a la mitad la vida útil térmica del aislamiento del bobinado [2].

1. De dónde proviene el calor: motor, transmisión y resistencia de frenado

El sobrecalentamiento del motor y el sobrecalentamiento del variador son fenómenos distintos con mecanismos distintos. 

Confundir ambos conceptos da lugar a un diagnóstico erróneo, ya que la forma de abordarlos es diferente en cada caso. 

Una tercera vía —la resistencia de frenado (regenerativa)— se comporta de forma diferente y a menudo se pasa por alto. Todos los pasos de diagnóstico posteriores dependen de identificar cuál de las tres está generando calor, por lo que conviene aclarar esta distinción antes que nada.

Fuente de calor De dónde procede Mecanismo principal
Motor Bobinados, cojinetes, zona del imán Pérdidas I²R (cobre), fricción, pérdidas por hierro y corrientes parásitas, histéresis magnética
Conduzca Etapa de potencia: IGBT o MOSFET, disipador térmico, condensadores de bus Pérdidas por conmutación y conducción en semiconductores; calentamiento por ESR en los condensadores de barramento
Resistencia de frenado Resistencia de regeneración (derivación interna o banco externo) Energía cinética de la carga disipada en forma de calor durante la desaceleración

 

Los códigos de error del fabricante refuerzan esta distinción. Por ejemplo, los variadores AMC distinguen entre los errores de sobrecalentamiento del disipador del variador y los de sobrecalentamiento del motor detectados a través de la entrada del sensor térmico del motor, y muestran ambos como condiciones de estado independientes.

Por qué la resistencia de frenado es un caso aparte

Cada desaceleración controlada devuelve la energía cinética de la carga a través del variador. Si el bus de CC no puede absorber esa energía (lo que suele ocurrir, salvo en ráfagas muy breves), el variador la disipa en una resistencia de derivación o de frenado. En aplicaciones de alta inercia o de alto número de ciclos, la resistencia se convierte en el componente que limita la temperatura de todo el sistema, mucho antes de que el motor o el disipador del variador se vean sometidos a esfuerzo. Las medidas de mitigación dependen del ciclo de trabajo: reducir la frecuencia de desaceleración, reducir la inercia reflejada o especificar una resistencia externa dimensionada para la energía regenerativa real por ciclo.

2. Qué consecuencias tiene realmente el exceso de temperatura en los componentes

El calor acelera la degradación de los materiales de forma paralela en todos los componentes sensibles a la temperatura. Se producen simultáneamente cuatro vías de fallo; un solo episodio de sobrecalentamiento prolongado reduce la vida útil de todos ellos.

2.1 Degradación del aislamiento de los devanados (Arrhenius / Montsinger)

El envejecimiento del aislamiento sigue una relación de Arrhenius. La regla de Montsinger, una formula simplificada muy utilizada en ingeniería, establece que, por cada 10 °C de sobrecalentamiento sostenido por encima del límite nominal de punto caliente, la vida útil térmica del aislamiento se reduce aproximadamente a la mitad:

L(T) ≈ Lnominal × 2 ^ [(Tnominal − T) / 10]

Donde L es la vida útil en horas y T es la temperatura máxima en el punto más caliente del devanado en °C. Consecuencias en condiciones de funcionamiento extremas: un motor que funciona a 40 °C por encima de su temperatura nominal en el punto más caliente conserva aproximadamente 1/16 de su vida útil prevista. La norma IEC 60085 define las clases de aislamiento estándar: Clase F: punto caliente máximo de 155 °C; Clase H: máximo de 180 °C. Cuando la resistencia de aislamiento desciende por debajo de estos umbrales, se producen cortocircuitos entre espiras.

2.2 Descomposición del lubricante de los rodamientos

La viscosidad de la grasa y el aceite disminuye a medida que aumenta la temperatura. Por encima del rango de funcionamiento nominal del lubricante, la pérdida de viscosidad reduce el espesor de la película elastohidrodinámica que separa los elementos rodantes de las pistas, y el contacto metal con metal acelera el desgaste. La temperatura del rodamiento aumenta, la fricción aumenta y el ciclo se agrava. La oxidación del lubricante también se acelera aproximadamente el doble por cada 10 °C, lo que acorta los intervalos de relubricación.

2.3 Desmagnetización de imanes permanentes

Los imanes de neodimio-hierro-boro (NdFeB) que se utilizan en la mayoría de los servomotores sin escobillas tienen umbrales de desmagnetización irreversibles específicos para cada grado. Los imanes estándar de grado N pueden empezar a perder flujo por encima de unos 80 °C; el grado SH amplía este umbral hasta unos 150 °C; los grados UH y EH, aún más. Una vez que se pierde el flujo magnético, la constante de par (Kₜ) desciende, el controlador solicita más corriente para alcanzar el mismo par objetivo y las pérdidas I²R aumentan, lo que alimenta la fuga térmica.

2.4 Desviación del codificador y degradación de la señal

Los codificadores ópticos y magnéticos sufren desviaciones con la temperatura debido a dos mecanismos: la dilatación térmica del disco de código y del conjunto de montaje (mecánico), y los cambios en las características de los LED, los fotodetectores o los sensores Hall (eléctrico). Una temperatura excesivamente alta durante un periodo prolongado también acelera la corrosión en los conectores y en las uniones soldadas de la placa de circuito impreso, lo que degrada la integridad de la señal. El error de posición suele ser el primer síntoma que aparece, en forma de ruido o deriva, antes de que se produzca un fallo grave.

3. Causas del sobrecalentamiento de los servomotores

Hay siete causas fundamentales que explican la mayoría de los casos de sobrecalentamiento de los servomotores. Se enumeran a continuación, más o menos por orden de frecuencia en aplicaciones industriales y de automatización.

# Causa Mecanismo Medidas correctivas
1 Desajuste del ciclo de trabajo Motor diseñado para funcionamiento intermitente (S3, S6) que funciona de forma continua; el calor generado en cada ciclo no se disipa por completo antes del siguiente. Adapta la potencia nominal del motor al ciclo de trabajo real; vuelve a calcular el par RMS (Sección 5)
2 Sobrecarga del motor / motor de potencia insuficiente La carga continua o de punta supera la capacidad térmica; el variador solicita más corriente de la que admite el diseño Comprueba el par RMS y el par máximo; mantén la relación entre la carga y la inercia del motor ≤ 10:1
3 Ventilación obstruida Los residuos acumulados en los orificios de ventilación o un espacio libre insuficiente en la instalación provocan que el calor quede atrapado en la carcasa Limpia las rejillas de ventilación; respeta las distancias de seguridad indicadas por el fabricante; comprueba la dirección del flujo de aire
4 Contaminación en las superficies de refrigeración El polvo y la suciedad acumulados en el disipador térmico y el ventilador reducen la transferencia térmica; si el ventilador falla, se interrumpe la convección forzada. Limpieza programada; comprobar el funcionamiento del ventilador; especificar carcasas con clasificación IP para entornos contaminados
5 Irregularidades en la tensión Las caídas de tensión, los picos o un suministro desequilibrado distorsionan la forma de onda de la corriente y aumentan la corriente eficaz (RMS) para la misma potencia de salida del eje. Comprueba que la alimentación se ajuste a las especificaciones del variador; revisa los cables de alimentación, control y retroalimentación para detectar cortocircuitos, circuitos abiertos y caídas de tensión.
6 Condiciones ambientales adversas Una temperatura ambiente superior a la nominal reduce el margen térmico; una altitud superior a unos 1000 m reduce la densidad del aire y el enfriamiento por convección. Armario climatizado; especificar un motor para temperaturas ambientales elevadas si es inevitable; aplicar la reducción de potencia en función de la altitud según las curvas del fabricante
7 Fallos mecánicos El desgaste de los rodamientos, el rozamiento de los frenos, la desalineación de los ejes y el juego del acoplamiento aumentan el consumo de corriente a carga constante. Control de vibraciones; sustitución programada de cojinetes; comprobar que no se produzca frenado dinámico en un freno de retención.

 

Nota: El freno de un servomotor está diseñado para mantener la posición, no para realizar paradas dinámicas. Detener repetidamente la carga con el freno de retención genera calor por fricción directamente en el paquete de frenos y lo transfiere rápidamente al rotor. Para realizar paradas dinámicas, utilice el frenado regenerativo a través del variador, resistencias de frenado mecánicas o un freno específico para paradas dinámicas.

4. Causas del sobrecalentamiento de los servoaccionamientos

El calor generado en el variador tiene su origen en la etapa de potencia. En un variador servo PWM típico, destacan dos componentes de pérdida: las pérdidas por conducción en los semiconductores (la caída de tensión en el IGBT o el MOSFET mientras conducen la corriente del motor) y las pérdidas por conmutación (la energía disipada durante cada transición de conmutación, que varía de forma aproximadamente lineal con la frecuencia de conmutación).

La disipación total de la etapa de potencia es aproximadamente:

Ppérdida ≈ VCE (sat) × Ipromedio   + Esw × fsw

Donde V_CE(sat) es la tensión de saturación colector-emisor, I_avg es la corriente conducida media, E_sw es la energía de conmutación por transición y f_sw es la frecuencia de conmutación. La resistencia térmica entre la unión, la carcasa y el disipador (R_θ,JC + R_θ,CH + R_θ,HA) determina el aumento de temperatura derivado de esta potencia disipada. Cuando se ve comprometido cualquier elemento de esa cadena térmica —suciedad en el disipador, material de interfaz térmica degradado, flujo de aire bloqueado en la carcasa—, la temperatura de unión aumenta para la misma disipación de potencia.

Otras fuentes de calor adicionales en el lado del accionamiento son las pérdidas por ESR en los condensadores del bus de corriente continua (que, por su parte, se rigen por la conocida regla de la reducción a la mitad cada 10 °C: la vida útil de los condensadores electrolíticos se reduce a la mitad por cada 10 °C por encima de la temperatura nominal), y la corriente que circula por las fuentes de alimentación del circuito de control y del circuito de accionamiento de la puerta.

5. Dimensionamiento correcto: par RMS y ciclo de trabajo

El dimensionamiento térmico del motor viene determinado por el par RMS del ciclo de trabajo de la aplicación, y no por el par máximo ni por el promedio. El par nominal continuo de un motor es el par RMS que puede generar de forma indefinida sin superar su temperatura nominal en el punto más caliente.

5.1 Cálculo del par RMS

Para un perfil de movimiento compuesto por segmentos de par discretos T₁, T₂, …, Tₙ, cada uno de los cuales está activo durante un tiempo t₁, t₂, …, tₙ a lo largo de un tiempo de ciclo total t_cycle:

TRMS = √[ ( T₁² · t₁ + T₂² · t₂ + … + Tₙ² · tₙ ) / tciclo ]

Criterio de dimensionamiento: T_RMS ≤ T_continuo (el par nominal continuo del motor a la temperatura ambiente real y con el ciclo de trabajo nominal). El par máximo también debe estar dentro del valor nominal máximo del motor y dentro de la corriente nominal máxima del variador durante el tiempo requerido.

5.2 Designaciones de ciclo de trabajo según la norma IEC 60034-1

La norma IEC 60034-1 define las designaciones estándar de los ciclos de trabajo que especifican cómo se estructuran los períodos de carga y de reposo. La selección de un motor con una clase de trabajo inadecuada es una de las causas más habituales —y más evitables— de fallos térmicos.

Clase Descripción
S1 Funcionamiento continuo. El motor alcanza el equilibrio térmico bajo una carga constante.
S2 Funcionamiento de corta duración. Periodo de funcionamiento fijo, seguido de un descanso prolongado para que se enfríe por completo.
S3 Funcionamiento periódico intermitente sin influencia del arranque. Cada ciclo: periodo de carga + periodo de reposo; el motor no alcanza el equilibrio térmico en un solo ciclo, pero sí lo hace a lo largo del factor de servicio cíclico.
S6 Funcionamiento continuo con carga intermitente. Período de carga + período sin carga (el motor no se detiene).
S7 / S8 Ciclos de trabajo que incluyen arranques, frenadas y cambios de velocidad con un impacto térmico definido.

 

El modo de fallo: un motor clasificado como S3 que funciona con un perfil S1 no dispone de un intervalo de reposo durante el cual pueda disipar el calor acumulado. La temperatura del devanado aumenta ciclo tras ciclo, de forma lenta pero inexorable, hasta que se activa el sistema de seguridad térmica o se agota el aislamiento.

5.3 Relación entre la carga y la inercia del motor

Como pauta de trabajo, mantén la relación entre la carga reflejada y la inercia del motor dentro de un rango de 10:1 para la mayoría de las aplicaciones de servo; una relación de entre 3:1 y 5:1 ofrece un ajuste más consistente y un mejor rechazo de perturbaciones. Se pueden alcanzar relaciones más altas con un diseño mecánico y un ajuste cuidadosos, pero aumentan el riesgo de resonancia y requieren un consumo de corriente más elevado para alcanzar la misma aceleración, lo que se traduce en un mayor calentamiento.

6. Señales de advertencia de sobrecalentamiento del servo

Seis categorías de síntomas explican la mayoría de los casos de sobrecalentamiento notificados sobre el terreno. Es raro que un síntoma aparezca de forma aislada; el valor diagnóstico radica en relacionar el síntoma con el mecanismo probable antes de intervenir en la unidad.

Síntoma Causa probable Primera acción
Chirridos o rugidos a alta velocidad Desgaste de los cojinetes (calor por fricción y, posteriormente, calor por vibración) Medición de vibraciones en la carcasa del rodamiento; comprobar si hay pérdida de lubricación
Olor a quemado o humo Avería en el aislamiento del devanado, sobrecarga grave o agarrotamiento de los cojinetes Desconectar la alimentación. No volver a poner en marcha. Realizar una prueba de resistencia de aislamiento (con megóhmetro) antes de cualquier intento de puesta en marcha.
Código de fallo térmico / apagado Se ha alcanzado el umbral de disparo por sobrecalentamiento del disipador térmico o del motor, según ha informado el variador. Leer el código de error y registrar los tiempos; determinar si se ha activado el sensor del motor o el del variador
Reducción del par de salida Desmagnetización parcial del imán, función de reducción de corriente activa o limitación por sobretemperatura del accionamiento Mide la corriente con el comando de par nominal; comprueba si el indicador de «foldback» está activo
El fallo solo se produce a alta velocidad Sobretemperatura de la resistencia de regeneración o sobretensión en el bus debida a un fallo en la ruta de regeneración Comprueba que la resistencia de frenado esté presente, tenga la potencia nominal correcta y esté conectada; comprueba que no haya ningún fusible de derivación abierto.
Zumbidos o chirridos anormales Fallo en el cableado, desequilibrio entre fases o ruido audible de PWM cuando se reduce la capacidad de corriente Comprueba el equilibrio de la corriente de fase; comprueba el buen estado del cable y del conector

 

Nota: Nunca calcules la temperatura del bobinado o del disipador térmico al tacto. Las temperaturas de la superficie del motor, aunque estén muy por debajo del punto de peligro, pueden provocar quemaduras en la piel; además, la medición significativa se realiza en el punto más caliente, al que no se puede acceder sin instrumentación. Utiliza la temperatura indicada por el variador, un termómetro infrarrojo en el disipador térmico o un registrador de datos conectado al termistor integrado en el motor.

7. Marco de prevención

La prevención se basa en cinco prácticas que deben aplicarse conjuntamente. Cualquiera de ellas por sí sola resulta insuficiente; omitir cualquiera de ellas da lugar a un fallo previsible.

7.1 Determinación correcta del tamaño (la práctica con mayor impacto)

  • Calcula el par RMS a partir del perfil de movimiento real, no a partir de una aproximación ni de una estimación basada en los picos.
  • Seleccione un motor cuyo par nominal continuo supere el par RMS calculado, a la temperatura ambiente real más desfavorable.
  • Comprueba el par máximo y la corriente máxima tanto del motor como del variador a la aceleración requerida.
  • Adapta la designación del ciclo de trabajo del motor (S1, S3, S6, etc.) al ciclo de trabajo real de la aplicación.
  • Mantén la inercia de la carga reflejada respecto al motor dentro de las directrices de diseño.

7.2 Ventilación y gestión térmica del armario

  • Respete las distancias de seguridad especificadas por el fabricante en todos los lados de la transmisión y el motor.
  • No utilices un armario de servomotores con la puerta abierta. Esto altera el patrón de flujo de aire previsto y provoca puntos de calor localizados.
  • Comprueba los ventiladores, los filtros y los intercambiadores de calor de los armarios a intervalos programados.
  • En el caso de los armarios con refrigeración por conducción sellada (sin aire forzado), comprueba que la vía de disipación del calor desde la placa base del variador hasta la pared del armario esté intacta.

7.3 Control ambiental

Los servomotores estándar de AMC suelen estar homologados para una temperatura ambiente de entre 0 °C y 50 °C. Por encima de este rango, el margen térmico se reduce y es necesario aplicar una reducción de potencia. Por encima de unos 1000 m de altitud, la menor densidad del aire reduce la eficiencia del enfriamiento por convección, por lo que se aplica una reducción de potencia adicional. Los motores estándar de grado comercial suelen estar homologados para una temperatura ambiente de 40 °C (referencia industrial NEMA). Para aplicaciones que se salgan de estos límites —alta temperatura ambiente, gran altitud, vibraciones, contaminación—, es necesario especificar componentes homologados para el entorno real, en lugar de reducir la potencia de las piezas de grado estándar y confiar en que funcionen.

7.4 Control e inspección de la contaminación

  • Limpieza programada de las aletas del disipador térmico, los ventiladores de refrigeración y los filtros de la carcasa.
  • Carcasas estancas (IP54 como mínimo para entornos industriales, IP65+ para entornos en los que se realiza un lavado con agua a presión o entornos móviles) cuando las condiciones del entorno lo requieran.
  • Comprueba si hay entrada de líquido en las interfaces de los conectores; los devanados sellados y las cajas con clasificación IP constituyen la primera línea de defensa.

7.5 Monitorización térmica predictiva

  • Registra las temperaturas del disipador térmico y del motor que indica el variador a lo largo del tiempo. Un aumento gradual de la temperatura a largo plazo es un indicador adelantado de contaminación o de una disminución del flujo de aire, semanas antes de que se alcance el umbral de desconexión.
  • Los sensores de vibración instalados en el motor detectan el deterioro de los cojinetes antes de que se convierta en una fuente de calor.
  • En el caso de los ejes críticos, se debe activar una alarma en función de la tendencia de la temperatura, y no solo cuando se alcance el umbral de disparo.

8. Solución de problemas relacionados con un fallo por exceso de temperatura

Advertencia de seguridad: Los servoconvertidores almacenan energía en los condensadores del bus de corriente continua, que persiste tras desconectar la alimentación de entrada. Las tensiones del bus suelen oscilar entre 100 y 800 V CC. Antes de abrir cualquier caja, siga los procedimientos de bloqueo y etiquetado; espere el tiempo de descarga especificado por el fabricante (normalmente 5 minutos para los variadores analógicos de AMC, y más tiempo para los variadores de alta tensión de mayor tamaño); y compruebe que la tensión del bus sea inferior a 50 V CC con un multímetro conectado entre los terminales del bus antes de tocarlo. Siga todos los procedimientos de seguridad eléctrica específicos de la instalación. Este trabajo está reservado exclusivamente a personal cualificado.

El diagnóstico de un fallo por sobretemperatura es un procedimiento sistemático. Saltarse pasos casi siempre lleva a sustituir un componente que no era la causa principal. En cada uno de los pasos que se indican a continuación se especifica qué hay que comprobar y cuál es el resultado esperado; si el resultado observado difiere, detente e investiga ese paso antes de continuar.

  1. Lee el código de avería e identifica qué sensor se ha activado — Anota el código de fallo exacto y la marca de tiempo que aparecen en la pantalla del variador o en la herramienta de diagnóstico. Determina si la desconexión se debió a una sobretemperatura del disipador del variador, a una sobretemperatura del motor (a través de la entrada del termistor del motor) o a un fallo relacionado, como una sobrecorriente o una sobretensión en el bus. Resultado esperado: una identificación definitiva del origen del fallo, ya sea en el variador, en el motor o en la resistencia de frenado.
  2. Comprueba si hay daños físicos visibles — Con el variador desconectado de la red eléctrica y tras comprobar que la tensión del bus está descargada, comprueba si hay componentes quemados, decoloración, condensadores hinchados, uniones de soldadura agrietadas o suciedad. Resultado esperado: ningún daño visible. Si se detecta algún componente quemado o descolorido, el diagnóstico finaliza aquí: el variador debe repararse o sustituirse antes de volver a ponerlo en marcha.
  3. Comprueba las conexiones del motor y del variador — Comprueba los cables de alimentación, retroalimentación y control del motor para detectar posibles daños en el aislamiento, que la disposición de los pines sea correcta y que las conexiones estén bien fijadas. Una conexión suelta en una fase del motor provoca picos intermitentes de alta corriente que se interpretan como fallos térmicos. Resultado esperado: todos los conectores bien encajados, sin daños en los cables y con la continuidad y la resistencia de aislamiento de los cables del motor dentro de los límites especificados.
  4. Comprueba la tensión de alimentación de entrada — Mide la tensión de línea en la entrada del variador bajo carga. Resultado esperado: dentro del rango de alimentación nominal del variador, sin caídas ni interrupciones significativas. Una alimentación que se mantenga constantemente en el límite inferior del rango del variador provoca una mayor corriente en el motor para el mismo par de salida y un calentamiento acumulativo.
  5. Comprueba el flujo de aire y el estado del disipador térmico — Comprueba que los ventiladores de la carcasa estén funcionando. Inspecciona las aletas del disipador de calor para detectar si hay polvo, residuos u obstrucciones. Comprueba que el material de interfaz térmica esté intacto en el punto donde la placa base de la unidad entra en contacto con un intercambiador de calor externo. Resultado esperado: flujo de aire sin obstrucciones, disipador de calor limpio y contacto correcto de la placa base.
  6. Comprueba si hay resistencia mecánica en la carga accionada — Con el motor desacoplado, siempre que sea posible, comprueba que el eje gira libremente con la mano. Comprueba si hay holgura en los cojinetes, resistencia del freno, desalineación del acoplamiento o si el eje se atasca. Resultado esperado: el motor gira libremente sin que se perciba holgura, ni auditiva ni táctil.
  7. Comprobar la configuración de los parámetros y los ajustes — Comprueba que el límite de corriente del variador, los parámetros del modelo térmico del motor, las ganancias y el escalado de la señal de mando sean correctos para el motor instalado. Un bucle de velocidad desestabilizado genera una corriente que oscila en torno al valor solicitado, lo que produce calor sin generar trabajo útil. Resultado esperado: los parámetros coinciden con el registro de puesta en marcha; la corriente en modo de mantenimiento en reposo es estable y baja.
  8. Realizar un seguimiento durante un ciclo completo de aplicación — Reinicie el sistema con una carga ligera y supervise las temperaturas del motor y del disipador térmico indicadas por el variador durante al menos un ciclo completo de la aplicación antes de reanudar la producción. Resultado esperado: las temperaturas se estabilizan por debajo del umbral de fallo, con un margen adecuado para el peor caso previsto de funcionamiento.

9. Cómo se diseñan los accionamientos AMC para evitar fallos térmicos

La protección térmica de un servoconvertidor AMC se implementa en el hardware, no únicamente en el firmware. Esto es importante porque un límite impuesto por el hardware sigue protegiendo la etapa de potencia durante un fallo de software, un bloqueo del supervisor o una pérdida de comunicación. Las protecciones pertinentes en todas las familias de productos son:

9.1 Arquitectura de corriente continua/de pico y reducción de corriente

Cada variador AMC se especifica con un valor nominal de corriente continua y un valor nominal de corriente máxima, junto con una duración máxima definida. Cuando la salida del variador supera el valor nominal continuo, el variador permite la corriente máxima durante la duración especificada y, a continuación, se reduce gradualmente durante un intervalo definido —normalmente 10 segundos en los variadores analógicos AxCent— hasta el límite de corriente continua. Esta reducción gradual protege la etapa de potencia en caso de bloqueo o sobrecarga del motor sin necesidad de una desconexión brusca. Cuando la corriente eficaz continua vuelve a situarse por debajo del valor nominal, se recupera de nuevo la capacidad máxima de pico.

9.2 Protección de hardware multicapa

Los controladores AMC incorporan protecciones de hardware integradas contra sobrecorriente, sobretensión, subtensión, sobrecalentamiento y cortocircuitos en los cables del motor, de tierra y de alimentación. Estas protecciones son independientes de la ejecución del firmware.

9.3 Entrada del sensor térmico del motor

Los variadores admiten una entrada de termistor montada en el motor (PTC, KTY o equivalente) y se apagan en caso de sobrecalentamiento del motor, independientemente del sensor del propio disipador térmico del variador. Esto proporciona protección térmica por parte del motor incluso cuando el propio variador está funcionando dentro de sus límites de temperatura.

9.4 Características de la familia de productos relevantes desde el punto de vista térmico

Familia Posicionamiento Características relevantes desde el punto de vista térmico
FlexPro® Variadores digitales compactos y de alto rendimiento Alta densidad de potencia con gestión térmica integrada; destinado a aplicaciones en las que la densidad de corriente continua es el factor limitante
DigiFlex® Performance™ Accionamientos digitales para aplicaciones de precisión Múltiples protocolos de red; protección térmica en el variador con entrada de termistor del motor; protecciones contra la reducción de potencia y contra fallos de hardware
AxCent™ Variadores analógicos para robótica, conformado de metales y automatización general Protección contra sobrecorriente, sobretensión, subtensión, sobrecalentamiento y cortocircuito integrada en el hardware; límites de corriente y relaciones entre corriente continua y corriente máxima ajustables mediante interruptores DIP; reducción de potencia de 10 segundos
Soporte para vehículos M/V™ Unidades para plataformas móviles y de exterior Diseñado para condiciones de temperatura ambiente elevada y altitud; opciones de recubrimiento conformado para la protección frente a las condiciones ambientales

 

Para aquellas aplicaciones en las que las condiciones de temperatura ambiente elevada o de gran altitud agotan el presupuesto térmico estándar, AMC ofrece variantes con límites térmicos ampliados en determinadas familias de variadores. Estas variantes amplían el rango de funcionamiento mediante un diseño térmico modificado sin alterar la interfaz eléctrica. El departamento de Ingeniería de Aplicaciones de AMC ofrece asistencia para el dimensionamiento específico de cada aplicación.

10. Resumen

En la mayoría de los casos, es posible prevenir los fallos térmicos de los servomotores. La medida más eficaz es un dimensionamiento correcto: un cálculo del par RMS en función del ciclo de trabajo real, a la temperatura ambiente real, con una clase de servicio adaptada al perfil de carga. La ventilación, el control ambiental, la gestión de la contaminación y la monitorización predictiva constituyen el margen de seguridad en torno a ese dimensionamiento.

Cuando se produce un exceso de temperatura, el diagnóstico debe identificar en primer lugar cuál de las tres fuentes de calor —el motor, el disipador del variador o la resistencia de frenado— es la que realmente ha provocado la desconexión. Cada una tiene causas y soluciones diferentes. Saltarse esta identificación es la razón más habitual por la que un variador reparado vuelve a fallar a los pocos días.

Preguntas frecuentes

¿Para qué rango de temperatura ambiente están diseñados los servomotores y los servoconvertidores?

Los servoconvertidores suelen estar homologados para una temperatura ambiente de entre 0 °C y 50 °C, con curvas de reducción de potencia por encima del límite superior. Los servomotores suelen estar homologados para una temperatura ambiente de 40 °C (referencia industrial NEMA), aunque esto varía según el fabricante y la clase de aplicación. Comprueba siempre la ficha técnica específica del variador y del motor que estés utilizando, ya que los valores térmicos son una de las especificaciones en las que más varían los fabricantes.

¿Qué relación entre la carga y la inercia del motor debería fijarme como objetivo?

Como pauta práctica, mantén la relación entre la inercia de la carga y la del motor en 10:1 o menos para la mayoría de las aplicaciones de servomotores. Una relación de 3:1 a 5:1 facilita el ajuste y mejora el rechazo de perturbaciones, pero a costa de un motor más grande y caro. Se pueden alcanzar relaciones más altas (por encima de 10:1) con un diseño mecánico cuidadoso y un ajuste basado en observadores, pero aumentan el riesgo de resonancia mecánica y elevan la carga térmica.

¿Qué es el «current foldback» y por qué es importante?

El «foldback» es un mecanismo de protección controlado por hardware que reduce gradualmente la corriente de salida del variador desde el valor máximo hasta el límite continuo una vez alcanzada la duración máxima del pico. En los variadores analógicos de AMC, el intervalo de «foldback» suele ser de 10 segundos. Evita daños térmicos en la etapa de potencia y en el motor en condiciones de bloqueo o sobrecarga. Los eventos repetidos de «foldback» indican que el variador es de capacidad insuficiente para la demanda máxima, que el ciclo de trabajo de la aplicación supera la potencia nominal continua del variador o que existe una sobrecarga mecánica; todas estas situaciones deben resolverse en lugar de tolerarse.

¿Puede ser una solución válida a corto plazo dirigir un ventilador hacia una unidad que se está sobrecalentando?

No. El aire forzado externo reduce la temperatura superficial de forma momentánea, mientras que la causa subyacente sigue presente, y suele introducir contaminación que posteriormente reducirá aún más la capacidad de refrigeración. Aborda la causa raíz: dimensionamiento, ventilación, contaminación, sobrecarga mecánica o condiciones ambientales.

¿Se puede evitar por completo que el servo se sobrecaliente?

En la mayoría de las aplicaciones industriales, sí. Un dimensionamiento adecuado en función del par RMS del ciclo de trabajo real, una clasificación de clase de servicio adaptada a la carga y un programa de monitorización térmica constante evitan la mayoría de los casos de sobrecalentamiento. El riesgo residual se debe a cambios ambientales inesperados o al desgaste mecánico, y para eso sirve precisamente la monitorización predictiva.

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