Fallas comunes de IGBT en variadores

Calor, cortos en la salida, picos de voltaje, un driver dañado y el desgaste por ciclos de temperatura son las causas que documentan los fabricantes cuando un IGBT de potencia falla en un variador. Cambiar el módulo sin buscar la causa puede terminar en una segunda falla. Esta guía lista qué revisar en cada caso.

Calor

Yaskawa lo resume así en su guía de mantenimiento: el calor es el enemigo número uno del variador. Viene de dos fuentes, la temperatura ambiente y la corriente que pasa por los IGBT. Si el variador se dispara seguido por sobretemperatura, tampoco le hace bien a sus componentes. Yaskawa añade que el variador nunca baja de la temperatura ambiente: entre más alta es, menos calentamiento admite antes de dispararse.

• Disipador limpio y sin aletas tapadas.
• Ventiladores girando y filtros del gabinete limpios.
• Temperatura ambiente dentro de lo que marca el manual.
• Pasta térmica y apriete del módulo en buen estado.

Los módulos modernos traen un termistor integrado, así que muchos variadores muestran la temperatura del disipador en el teclado. Úsala antes de que el equipo se dispare. Limpia con el método que indique el manual de tu variador.

Cortocircuito y sobrecorriente

Un IGBT no «aguanta» un corto: lo sobrevive unos microsegundos. Según Infineon, en un corto la corriente queda limitada a unas 5 veces la nominal en los módulos IGBT3 y la protección debe apagar el módulo dentro del tiempo de resistencia a corto circuito, que en sus módulos llega a 10 µs.

Si la protección del driver no actúa a tiempo, el módulo se destruye. Con el equipo desconectado y descargado, revisa el aislamiento del motor y del cable de salida, y la tarjeta driver.

Picos de voltaje

Cada vez que el IGBT apaga, la inductancia parásita de las barras y del bus de CD produce un pico de voltaje. Infineon advierte que ese pico no debe pasar el voltaje del módulo. Por eso conviene mantener las barras y conexiones del bus como las trae el fabricante.

Otro caso es el sobrevoltaje al frenar. Cuando un motor de mucha inercia desacelera rápido, devuelve energía y sube el voltaje del bus. ABB explica que el chopper de frenado envía ese excedente a la resistencia. Revisa la rampa de desaceleración y el estado de la resistencia de frenado.

Corriente pico y arranques

El módulo tolera por poco tiempo corrientes mayores a la nominal. La hoja de datos las da como corriente pico: la del SKM 400 GB 124 D es de 1140 A con la caja a 25 °C y de 800 A a 80 °C, para pulsos de 1 ms. Infineon explica que el valor pico de su hoja se fija considerando los límites de los hilos de unión, de las barras y de las conexiones de potencia, y no solo el calentamiento del chip.

Un variador que arranca un motor trabado o una carga pesada una y otra vez se acerca a ese límite. Revisa la carga mecánica y los ajustes de límite de corriente antes de culpar al módulo.

Compuerta y tarjeta driver

La compuerta tiene un límite de voltaje. En el SKM400GB124D es de 20 V positivos o negativos, según su hoja de datos. Un driver con la fuente fallando puede sacar valores fuera de rango, y una descarga estática durante el manejo también daña la compuerta. Infineon pide trabajar con protección antiestática y no operar el módulo con la compuerta y el emisor al aire.

Un módulo nuevo conectado a un driver dañado se pierde otra vez. Revisa las resistencias de compuerta, la fuente del driver y el cableado antes de energizar.

Desgaste por ciclos de temperatura

Cada vez que el módulo trabaja con carga se calienta, y cuando descansa se enfría. Semikron Danfoss explica que esos ciclos, con materiales que se dilatan distinto, desgastan las uniones internas. Los modos de falla que documenta son la fatiga de la soldadura del chip y el desprendimiento del hilo de unión. Lo llama una falla de fin de vida.

Esa falla no se arregla con limpieza ni con ajustes. Si el equipo arranca y para muchas veces con cargas fuertes, el módulo envejece más rápido.

Instalación y mantenimiento

Yaskawa señala que una instalación con temperatura ambiente alta, cables largos al motor o capacitores de corrección de factor de potencia puede acortar la vida del variador. Su lista de mantenimiento incluye limpiar el disipador y los filtros, revisar los ventiladores, reapretar las conexiones de potencia y control, y cambiar ventiladores y capacitores cuando toque.

Los cables largos entre variador y motor reflejan los pulsos de salida. Yaskawa recomienda considerar un reactor de salida cuando pasan de 100 m. Esa medida protege al motor.

Al montar un módulo, la nota de Infineon para EconoDUAL 3 pide una superficie de contacto con planitud de 30 µm o menos y una capa de pasta de 50 a 100 µm. Una caja mal asentada calienta el chip de más.

Qué revisar según el síntoma

Si ya tienes el módulo dañado

Con el equipo desenergizado y descargado, prueba el módulo con las lecturas de Cómo probar un módulo IGBT. Después identifica el código completo y compara el reemplazo con Cómo elegir un módulo IGBT. La aplicación completa está en Módulos IGBT para variadores de frecuencia.

Para ir más a fondo

Cada causa de falla se explica con más detalle en por qué falla un módulo IGBT. Para el cambio de la pieza, sigue cómo reemplazar un módulo IGBT, y para alargar la vida del nuevo, vida útil de un módulo IGBT. Si tu equipo es Siemens o ABB, mira módulos IGBT para variadores Siemens y ABB. Con el código del módulo dañado, busca en el catálogo de módulos IGBT o manda tu cotización desde https://digitecparts.com/modulos-igbt/.