Comprensión de la frecuencia de paso del polo
Frecuencia de paso de polos (PPF, y llamada frecuencia de paso de ranura en algunos contextos) es la vibración Frecuencia generada en un motor de CA cuando el rotor pasa por los polos magnéticos estacionarios del estator. Se calcula como el número de polos del estator multiplicado por la velocidad de funcionamiento del rotor, PPF = (número de polos × RPM) / 60. La acción de paso de los polos genera fuerzas electromagnéticas que producen vibración, y esa vibración se amplifica enormemente cuando el motor tiene cámara de aire excentricidad o un problema de alineación rotor-estator. Por ello, el PPF es una de las herramientas más útiles para separar fallos eléctricos de las puramente mecánicas.
La PPF es importante desde el punto de vista del diagnóstico porque una amplitud elevada a esta frecuencia, junto con su bandas laterales, apunta directamente a un problema electromagnético -un rotor excéntrico, un entrehierro no uniforme o una interacción dinámica rotor-estator- en lugar de a desequilibrar o desalineación. Leído correctamente, indica al analista si debe abrir el motor o buscar en otra parte del tren.
1. Cálculo de la frecuencia de paso de polo
La fórmula básica
- PPF = P × N / 60
- donde P = número de polos,
- norte = velocidad real del rotor en RPM,
- y el resultado está en Hz.
Tenga en cuenta que norte es el real velocidad del eje, no la velocidad síncrona del campo. Un motor de inducción siempre funciona ligeramente más lento que su campo debido a deslizar, por lo que utilizar la velocidad síncrona de la placa de características introduce un error pequeño pero real. Cuando necesite convertir rápidamente la velocidad de marcha en una familia de órdenes, nuestro Calculadora de frecuencias armónicas convierte las RPM en Hz en los órdenes 1×-10×, y el Calculadora de frecuencia de defectos eléctricos del motor pone las frecuencias electromagnéticas una al lado de la otra.
Ejemplos prácticos
Motor de 4 polos a 1750 RPM (alimentación 60 Hz):
- PPF = 4 × 1750 / 60 = 116,7 Hz
- Este componente aparecerá en la vibración espectro.
- Las bandas laterales a ±1×velocidad de carrera (±29,2 Hz) son diagnósticas de la excentricidad.
Motor de 6 polos a 970 RPM (alimentación a 50 Hz):
- PPF = 6 × 970 / 60 = 97 Hz
- Se sitúa cerca de la frecuencia de línea 2× (100 Hz) y puede solaparse con ella.
- Distinguir entre ambos puede requerir un cuidadoso análisis de alta resolución análisis espectral.
2. El mecanismo físico
Cómo se genera la fuerza electromagnética
La cadena de acontecimientos que crea el PPF es sencilla:
- Los bobinados del estator crean un campo magnético que gira a velocidad sincrónica.
- Ese campo está organizado en polos magnéticos en un patrón N-S-N-S.
- El rotor, que funciona ligeramente más lento debido al deslizamiento, pasa por cada uno de esos polos.
- Cada paso de polos ejerce una fuerza magnética sobre el rotor.
- Con P polos, el rotor experimenta P impulsos de fuerza por revolución.
- La frecuencia de esas pulsaciones es, por tanto, P × velocidad del rotor = PPF.
Entrehierro uniforme: un motor sano
- El rotor está centrado en el diámetro interior del estator.
- El entrehierro es uniforme en toda la circunferencia.
- Las fuerzas magnéticas están equilibradas y se anulan mutuamente.
- En consecuencia, la vibración PPF tiene una amplitud muy baja.
Entrehierro excéntrico - un motor defectuoso
- El rotor está descentrado con respecto a desgaste de los rodamientos, a eje doblado, o un error de fabricación.
- El entrehierro es menor en un lado y mayor en el opuesto.
- Las fuerzas magnéticas se desequilibran: son más fuertes donde la separación es menor.
- En PPF aparece una fuerza radial neta, un efecto estrechamente relacionado con atracción magnética desequilibrada.
- La amplitud de la PPF aumenta y se desarrollan bandas laterales.
3. Bandas laterales y patrones de diagnóstico
Excentricidad estática
En este caso, el centro del rotor está desplazado pero fijo respecto al estator:
- Patrón: PPF con bandas laterales a ±1× velocidad de marcha.
- Ejemplo: PPF ± fr, donde fr es la velocidad del rotor.
- Causa: desgaste de los rodamientos, eje doblado o rotor excentricidad.
- Amplitud: la amplitud de la banda lateral indica la gravedad de la excentricidad.
Excentricidad dinámica
El centro del rotor gira alrededor del centro del estator:
- Patrón: PPF con una estructura de banda lateral compleja.
- Causas: rotor-estator frotar o rodamiento flojedad.
- Más grave: señala una interacción dinámica activa en lugar de un desplazamiento fijo.
Excentricidad mixta
- Una combinación de efectos estáticos y dinámicos.
- Es el estado más común en los motores reales.
- Produce patrones de banda lateral complejos.
- Para interpretarlo correctamente es necesario un análisis cuidadoso.
4. Interpretación diagnóstica
La amplitud en PPF se lee mejor como un continuo, junto con la fuerza de sus bandas laterales:
Amplitud de PPF baja (menos de 0,5 mm/s)
- Una condición normal.
- Un entrehierro uniforme y una buena concentricidad rotor-estator.
- No es necesario adoptar medidas correctoras.
PPF moderada (0,5-2,0 mm/s)
- Ligera falta de uniformidad del entrehierro.
- Supervise la tendencia y compruebe el estado de los rodamientos.
- Verificar la posición del rotor si es accesible.
- No es inmediatamente crítico, pero merece atención.
PPF alto (superior a 2,0 mm/s)
- Excentricidad significativa o un problema de entrehierro.
- Presencia de fuertes bandas laterales.
- Riesgo de contacto entre rotor y estator.
- Fuerzas electromagnéticas ascendentes que aceleran los daños.
- Planificar la reparación o sustitución.
En la práctica, el analista rara vez juzga la PPF de forma aislada. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A, utilizado en los alojamientos de los rodamientos, captura el espectro y resuelve las bandas laterales en torno al PPF y, lo que es igual de importante, confirma si el componente dominante es electromagnético o el simple pico de 1× de un fallo mecánico. Esa distinción decide todo lo que sigue: una firma electromagnética le envía al interior del motor, mientras que un pico limpio de 1× que desaparece en el instante en que se corta la alimentación apunta a desequilibrar puede corregir equilibrado de campo el rotor en su sitio.
5. Relación con otras frecuencias del motor
La PPF es un tono en un espectro de motor abigarrado, y reconocer dónde se sitúa en relación con sus vecinas es ganar media batalla. Una jerarquía típica para un motor de 4 polos y 1.750 RPM con una alimentación de 60 Hz es:
- Velocidad de funcionamiento (1×): unos 29 Hz.
- Frecuencia de deslizamiento: normalmente 1-3 Hz.
- Frecuencia de línea: 50 ó 60 Hz.
- FPP: P × velocidad de marcha: en este caso, unos 117 Hz.
- 2× frecuencia de línea: 100 o 120 Hz.
- Frecuencia de paso de la barra del rotor: número de barras del rotor × velocidad de marcha.
La estrecha separación de PPF, 2× frecuencia de línea, y el orden superior armonía de la velocidad de funcionamiento es exactamente la razón por la que los fallos electromagnéticos se confunden con tanta facilidad, y por qué la estructura de la banda lateral, y no la amplitud por sí sola, es la pista decisiva. Cuando la imagen sigue siendo ambigua, la desconexión del suministro es la prueba definitiva: un componente electromagnético desaparece instantáneamente con el campo, mientras que uno mecánico sólo decae a medida que el rotor se detiene por inercia.
6. Métodos de corrección
Para la excentricidad mecánica
- Reemplace los cojinetes desgastados para restablecer el centrado adecuado del rotor.
- Corrija un eje doblado o sustituya el rotor.
- Vuelva a montar el rotor si el fallo es un error de instalación.
- Verificar la alineación de la campana y el apriete de los tornillos.
Para la excentricidad de fabricación
- En casos graves, puede ser necesario rectificar el rotor o el estátor.
- Sustituya el motor cuando esté económicamente justificado.
- Acepte la condición si la vibración se mantiene dentro de límites aceptables.
- Documéntelo como referencia para futuras comparaciones.
Para problemas de entrehierro
- Compruebe el estado de los cojinetes y sustitúyalos si están desgastados.
- Verificar la posición axial del rotor.
- Inspeccione si hay distorsiones en el bastidor o problemas en las campanas (tapas).
- Mida el entrehierro real donde sea accesible.
La frecuencia de paso de polos es, en resumen, un componente de vibración específico del motor que abre una ventana a la interacción electromagnética rotor-estator y a la uniformidad del entrehierro. Dominar su cálculo, reconocer sus firmas de banda lateral y leer sus tendencias de amplitud permite a un ingeniero diagnosticar fallos electromagnéticos con confianza y dirigir el esfuerzo de mantenimiento al lugar correcto en lugar de perseguir una causa mecánica que nunca estuvo ahí.
