Comprensión de la frecuencia eléctrica en los motores
Frecuencia eléctrica —también conocida como frecuencia de red, frecuencia de la red eléctrica o frecuencia de la corriente— es la frecuencia de la corriente alterna que se suministra a los motores eléctricos y otros equipos eléctricos. A nivel mundial predominan dos estándares: 60 Hz en América del Norte, algunas zonas de América del Sur y algunos países asiáticos, y 50 Hz en toda Europa, la mayor parte de Asia, África y Australia. Esta única cifra determina la velocidad síncrona de todos los motores de CA conectados a la red y genera una serie de fuerzas electromagnéticas —y, por lo tanto, vibración componentes — a múltiplos de la frecuencia de red.
En motor análisis de vibraciones, la frecuencia de red y sus armónicos, especialmente el doble de la frecuencia de red (2×f), son indicadores de diagnóstico clave para detectar problemas electromagnéticos, fallos en el estator e irregularidades en el entrehierro. Interpretarlos correctamente es lo que permite a un analista distinguir un fallo eléctrico de uno mecánico en el mismo espectro.
1. Relación con la velocidad del motor
Velocidad síncrona
En un motor de inducción de CA, la velocidad síncrona del campo magnético giratorio viene determinada por la frecuencia de red y el número de polos:
nortesincronización = (120 × f) / P — donde Nsincronización es la velocidad síncrona en RPM, f es la frecuencia eléctrica en Hz y P es el número de polos.
The actual velocidad de funcionamiento siempre se queda un poco por debajo de la sincronía, ya que el rotor de inducción debe deslizarse para generar par.
Velocidades habituales de los motores
On a 60 Hz En cuanto a las velocidades síncronas, son de 3600 rpm para un motor de 2 polos (unas 3550 rpm en funcionamiento), 1800 rpm para uno de 4 polos (unas 1750 rpm), 1200 rpm para uno de 6 polos (unas 1170 rpm) y 900 rpm para uno de 8 polos (aproximadamente 875 rpm). En un 50 Hz con el mismo número de polos se obtienen 3000 rpm (aproximadamente 2950 rpm en la práctica), 1500 rpm (aproximadamente 1450), 1000 rpm (aproximadamente 970) y 750 rpm (aproximadamente 730). El Calculadora del deslizamiento del motor y las revoluciones por minuto reales convierte los datos de la placa de características y la velocidad medida directamente en estas cifras.
Frecuencia de deslizamiento
La diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad real define la frecuencia de deslizamiento:
Fs = (Nsincronización − Nreal) / 60
- El deslizamiento típico oscila entre el 1 % y el 5 % de la velocidad síncrona.
- La frecuencia de deslizamiento resultante suele ser de tan solo 1-3 Hz.
- Depende de la carga: el deslizamiento aumenta a medida que el motor trabaja más.
- Es fundamental para diagnosticar los defectos eléctricos del rotor, ya que los fallos en las barras del rotor modulan la vibración a la frecuencia de paso de polo, que es el deslizamiento multiplicado por el número de polos.
2. Componentes de vibración electromagnética
El doble de la frecuencia de red (el componente dominante)
El componente electromagnético más importante se sitúa en 2×f: 120 Hz con una red de 60 Hz y 100 Hz con una red de 50 Hz. Se debe a que la atracción magnética entre el estator y el rotor oscila dos veces por ciclo eléctrico. Es normal que haya una pequeña cantidad en todos los motores de CA, por lo que su mera presencia no constituye un fallo; sin embargo, un valor elevado y creciente de 2×f indica problemas en el estátor, an uneven entrehierro, o un desequilibrio magnético.
Frecuencia de red (1×f)
Un componente a la propia frecuencia de red —50 o 60 Hz— suele tener una amplitud inferior a 2×f. Puede indicar un desequilibrio en la tensión de alimentación y puede ir acompañado de fallos en los devanados del estator.
Armónicos superiores
Los componentes a 4×f, 6×f y frecuencias superiores (240 Hz, 360 Hz en un sistema de 60 Hz) suelen ser bajos en un motor en buen estado. Cuando aumentan, pueden indicar problemas en el bobinado o en las láminas del núcleo.
3. Importancia diagnóstica
Amplitud normal de 2×f
En un motor acústico, el componente 2×f suele ser inferior al 10 % del componente 1× velocidad de marcha nivel, se mantiene relativamente constante a lo largo del tiempo y se observa en todas las direcciones, aunque suele ser más intenso en sentido radial. Determinar ese nivel normal es lo que da sentido a un aumento posterior.
El 2×f elevado y lo que significa
- Problemas con los devanados del estator: Los cortocircuitos entre espiras o el desequilibrio de fase provocan un aumento de 2×f con el tiempo, a menudo acompañado de un aumento de la temperatura y un desequilibrio de corriente cuantificable entre las fases.
- Excentricidad del entrehierro: una holgura irregular del rotor excentricidad o desgaste de los rodamientos provoca un desequilibrio atracción magnética, elevando 2×f y el frecuencias de paso de polo en conjunto: una combinación de efectos mecánicos y electromagnéticos.
- Resonancia de la base o del bastidor: if a pie cojo o del bastidor frecuencia natural lies near 2×f, resonancia estructural amplifica la vibración electromagnética; la vibración del bastidor supera entonces con creces la de los cojinetes, y la solución pasa por reforzar la estructura o añadir amortiguación.
4. Variadores de frecuencia
Un variador de frecuencia (VFD) varía deliberadamente la frecuencia de salida —normalmente entre 0 y 120 Hz— y la velocidad del motor la sigue, por lo que todas las frecuencias electromagnéticas, incluidas las de 2×f y los componentes de paso de polo, varían en proporción a la salida del variador en lugar de mantenerse a una frecuencia fija de 50 o 60 Hz. Esa variabilidad tiene consecuencias prácticas en cuanto a las vibraciones:
- Frecuencias de conmutación: La señal portadora PWM superpone componentes en el rango de los kHz a la frecuencia fundamental.
- Corrientes de los cojinetes: Las corrientes de alta frecuencia pueden provocar picaduras y estrías en los cojinetes si el eje no está correctamente conectado a tierra.
- Vibración torsional: Las pulsaciones de par aparecen a diversas frecuencias.
- Excitación por resonancia: Una velocidad variable continua puede atravesar resonancias estructurales y amplificar momentáneamente la vibración.
5. Ejemplos prácticos de diagnóstico
Caso 1: vibración elevada de 2×f
Un motor de 4 polos y 60 Hz que funciona a unas 1750 rpm presenta un componente de 120 Hz a 6 mm/s, muy por encima de su nivel de 1× la velocidad de funcionamiento, que es de unos 2 mm/s. Dado que la energía se concentra al doble de la frecuencia de red en lugar de a la velocidad de funcionamiento, esto indica un problema en los devanados del estator o una excentricidad del entrehierro, más que un problema mecánico. desequilibrar. A continuación, la termografía revela un punto caliente en el estator y se mide un desequilibrio de corriente entre las fases, lo que confirma el diagnóstico; la medida correctiva consiste en rebobinar o sustituir el motor.
Caso 2: bandas laterales alrededor de la velocidad de funcionamiento
Aparecen picos a 1× ± la distancia relacionada con el deslizamiento (unos pocos Hz), la firma clásica de barras de rotor rotas. El análisis de la firma de corriente del motor muestra lo mismo banda lateral La detección de un patrón en la corriente de alimentación y el seguimiento de la amplitud de la banda lateral a lo largo del tiempo permiten disponer de un margen de tiempo suficiente para planificar la sustitución. Ambos casos se enmarcan dentro de la familia más amplia de fallos eléctricos que el analisis de vibraciones esta bien posicionado para separar de las mecanicas.
6. Buenas prácticas en materia de seguimiento
Spectrum setup
Establezca la frecuencia máxima por encima de los 500 Hz para que el análisis capte 2×f y sus armónicos, y elija una resolución suficiente para separar bandas laterales muy próximas entre sí —una resolución superior a unos 0,5 Hz es recomendable para trabajos con frecuencia de deslizamiento—. Realice mediciones en las direcciones horizontal, vertical y axial, ya que los componentes electromagnéticos y mecánicos se distribuyen de forma diferente en cada dirección.
Valores de referencia y tendencias
Registre la amplitud de 2×f cuando un motor sea nuevo o se haya rebobinado recientemente, establezca los niveles normales para cada tipo de motor de la instalación y fije los límites de alarma —normalmente entre dos y tres veces base para 2×f. A continuación, analice la tendencia de los parámetros relevantes: la amplitud de 2× la frecuencia de línea, los componentes de paso de polo, las amplitudes y los patrones de las bandas laterales, el nivel general de vibración y los indicadores habituales del estado de los cojinetes. Observe cómo evolucionan esos valores a lo largo del tiempo, mediante un análisis riguroso análisis de tendencias, es lo que convierte un simple espectro en una alerta temprana.
7. Medición sobre el terreno
Para distinguir una señal eléctrica de una mecánica, lo primero es realizar una medición precisa de la amplitud, la frecuencia y fase en el equipo. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A captura el espectro de la FFT y la referencia síncrona necesaria para situar estos componentes con precisión en relación con la velocidad de funcionamiento y sus armónicos, lo que ayuda a confirmar si un pico cercano a los 100 o 120 Hz es de origen electromagnético o simplemente una respuesta estructural. Y una vez descartada una causa eléctrica y residual desequilibrar se identifica como el verdadero generador de la vibración 1×, el mismo instrumento realiza la equilibrado de campo que lo corrige, lo que permite aplicar directamente en la planta de producción la información sobre la frecuencia de la línea.
La frecuencia eléctrica es fundamental para comprender cómo funciona un motor de CA y por qué falla. Reconocer los componentes de frecuencia de red —sobre todo el de 2×f— en un espectro de vibraciones, y conocer los fenómenos electromagnéticos que los originan, permite al analista establecer la distinción clave entre fallos mecánicos y eléctricos, y aplicar las medidas de diagnóstico y corrección adecuadas.
