Comprensión de la Frecuencia de Paso de Barras del Motor
Frecuencia de paso de barras del motor — también llamada frecuencia de paso de barras del rotor, frecuencia de ranuras del rotor o simplemente paso de barras — es la frecuencia a la que las barras del rotor de un motor de inducción de jaula de ardilla pasan frente a las ranuras y devanados del estator. Es igual al número de barras del rotor multiplicado por la frecuencia de rotación del rotor, por lo que se sitúa muy por encima de la velocidad de giro, típicamente entre aproximadamente 200 y 2000 Hz dependiendo del tamaño y la velocidad del motor. En un motor sano es una línea silenciosa de baja amplitud en el espectro de vibración, pero cuando aumenta indica excentricidad entre el rotor y el estator, entrehierro problemas u otras irregularidades electromagnéticas. Está estrechamente relacionada con, pero es distinta de, defectos en barras del rotor — las barras rotas se anuncian con bandas laterales separadas por la frecuencia de paso de polos (número de polos × la frecuencia de deslizamiento) alrededor de 1×, no elevando la línea de paso de barras en sí.
1. Cálculo de la frecuencia de paso de barras
La fórmula
RBPF = Nb × N / 60, donde RBPF es la frecuencia de paso de barras del rotor en Hz, Nb es el número de barras del rotor y N es la velocidad del rotor en RPM.
La estructura de la fórmula es la misma que subyace a cualquier frecuencia de conteo de dientes o álabes, como frecuencia de engranaje o frecuencia de paso de álabes: cuente las características repetitivas, multiplique por la frecuencia con la que pasan. Dado que el número de barras suele ser grande, el resultado se sitúa bien dentro de la región de alta frecuencia del espectro.
Ejemplos resueltos
Motor pequeño: 28 barras del rotor a 1750 RPM da RBPF = 28 × 1750 / 60 = 817 Hz.
Motor grande: 56 barras del rotor a 3550 RPM da RBPF = 56 × 3550 / 60 = 3313 Hz.
Observe que la línea de paso de barras de la máquina más grande supera los 3 kHz, un recordatorio útil de que la cadena de medición debe alcanzar esa altura para detectarla. Si desea convertir rápidamente la velocidad de giro y los números de orden en frecuencias, el calculadora de frecuencia armónica se encarga de la aritmética.
Determinación del número de barras
- Consulte la placa de características del motor o la hoja de datos del fabricante.
- Cuéntelas visualmente si el rotor es accesible durante una reparación.
- Calcule hacia atrás a partir de un pico claramente identificado en el espectro de vibración.
- Espere aproximadamente de 16 a 80 barras, dependiendo del tamaño del motor y del número de polos.
2. El mecanismo físico
Interacción rotor-estator
La frecuencia de paso de barras nace de la interacción magnética, no del contacto mecánico:
- Las barras del rotor transportan corriente inducida y crean perturbaciones locales en el campo magnético.
- A medida que el rotor gira, cada barra pasa frente a las ranuras del estator una tras otra.
- La reluctancia magnética aumenta y disminuye a medida que las barras se alinean con los dientes del estator y luego pasan entre ellos.
- Esto produce una pequeña fuerza electromagnética pulsante sobre la estructura.
- La tasa de pulsación es igual a la tasa a la que pasan las barras: la frecuencia de paso de barras.
Entrehierro uniforme frente a no uniforme
- Entrehierro uniforme: las contribuciones de fuerza de las barras en lados opuestos del rotor se cancelan en gran medida, dejando una baja amplitud de RBPF.
- Rotor excéntrico: la interacción se vuelve asimétrica, la cancelación se rompe y la amplitud de RBPF aumenta.
- Valor diagnóstico: la altura de la línea de RBPF es, por lo tanto, un indicador directo de cuán uniforme es el entrehierro.
3. Importancia diagnóstica
Condición normal
- Hay un pico de RBPF presente pero muy pequeño, a menudo por debajo de 0,5 mm/s.
- Puede ser apenas visible por encima del nivel de ruido.
- No hay bandas laterales que lo flanqueen.
- Esta firma confirma un entrehierro uniforme y una buena concéntrica rotor-estator.
Lo que indica un RBPF elevado
Excentricidad del entrehierro. El rotor queda descentrado en el alojamiento del estator, la amplitud del RBPF aumenta y pueden aparecer bandas laterales a ±1× la velocidad de giro. El patrón se asemeja a la forma en que frecuencia de paso de polos aumenta bajo la misma falla.
Desalineación rotor-estator. Cuando el eje del rotor no es paralelo al eje del estator, el entrehierro varía a lo largo de la longitud del motor, elevando tanto el RBPF como sus armónicos.
Barras del rotor rotas o dañadas. Esta es una firma completamente diferente: las barras rotas crean bandas laterales alrededor de 1× con separación de frecuencia de paso de polos, en lugar de elevar la línea de paso de barras. Consulte barras del rotor rotas y defectos en barras del rotor para el detalle diagnóstico completo.
4. Diferenciar el paso de barras de otras frecuencias
RBPF frente a frecuencias de rodamientos
- RBPF: típicamente 200–3000 Hz, determinado por el diseño del motor.
- Frecuencias de rodamientos: típicamente 50–500 Hz para rodamientos de motores.
- Cómo distinguir: calcule ambos y compárelos con los picos observados.
- Vigile las superposiciones: en motores grandes el RBPF puede caer en la misma banda que frecuencias de falla de rodamientos, por lo que confirme la fuente antes de actuar.
RBPF frente a frecuencia de paso de ranuras del estator
- Paso de ranuras del estator: número de ranuras del estator × velocidad de giro — raramente significativo.
- RBPF: número de barras del rotor × velocidad de giro — más comúnmente observado.
- Ambos presentes: en algunos motores verá cada uno, y separarlos depende de conocer el número de barras y ranuras.
5. Aplicación práctica
Cuándo monitorear el RBPF
- Cuando se sospecha un problema de entrehierro.
- Después de un reemplazo de rodamiento, para verificar que el rotor esté correctamente centrado.
- Cuando la frecuencia de línea 2× está elevada, lo cual puede acompañar a la excentricidad.
- Al establecer un valor de referencia para un motor nuevo o rebobinado.
- Como verificación de calidad después de la reparación del motor.
Consideraciones de medición
- El rango de frecuencia del analizador debe exceder cómodamente el doble del RBPF (Fmax > 2 × RBPF) para capturarlo sin aliasing.
- Un acelerómetro generalmente se necesita un acelerómetro en lugar de un sensor de velocidad, debido a que las frecuencias son altas.
- Mida en la carcasa del motor o en el soporte del rodamiento.
- Compare siempre contra un valor de referencia o contra motores similares sanos.
6. Dónde encaja el paso de barras en el diagnóstico de motores
Es útil mantener claramente separadas dos firmas del rotor del motor. La línea de paso de barras habla de la geometría del entrehierro; las barras rotas hablan de la integridad eléctrica de la jaula. En la práctica, ambas pueden estar presentes al mismo tiempo, por lo que una evaluación completa de fallas eléctricas verifica cada una:
- Defectos de barras del rotor: bandas laterales alrededor de 1× de la velocidad de giro con separación de frecuencia de paso de polos.
- Problemas de RBPF: amplitud elevada en la línea de paso de barras misma (barras × velocidad).
- Pueden coexistir: la excentricidad y las barras rotas no son mutuamente excluyentes.
- Diagnóstico integral: examine ambos patrones para completar el panorama.
Este tipo de diagnóstico electromagnético de alta frecuencia constituye la mitad de la evaluación del estado de salud de un motor de inducción; la otra mitad es el mundo mecánico de baja frecuencia de desbalance y desalineación. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A cubre ese aspecto mecánico, capturando la amplitud y fase de 1× necesarias para balancear el rotor en sus propios rodamientos y verificar el resultado, un complemento natural a las verificaciones espectrales del motor descritas aquí.
La frecuencia de paso de barras del rotor, aunque se monitorea con menos frecuencia que las frecuencias de rodamientos o las firmas de barras rotas, aporta un valor diagnóstico genuino sobre la uniformidad de la entrehierro y la concéntrica del rotor y el estator. Saber cómo calcularla y reconocerla en un espectro completa el panorama diagnóstico para la evaluación de condición de motores de inducción de jaula de ardilla.
