Vibraciones

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Vibraciones

  1. 1. Causas de vibración de losmotores de inducción de 2polos mediante análisisespectralLas causas más comunes de vibraciónen los motores de inducción trifásicos ydos polos son las originadas porproblemas dinámicos y magnéticos. Fig. 2 Espectro comparativo de un mismo motor fijado a bancada yLas primeras se aprecian mediante un suspendido.espectro de frecuencias en el armónicofundamental de la velocidad de giro La norma IEC 60034-14 establece50Hz (UE), y 60Hz (USA). Los valores máximos de vibración menoresproblemas de origen magnéticos se con el motor rígido a bancada que endetectan al doble de la frecuencia de estado libre o suspendido. Las causasalimentación en la componente de de las vibraciones de origen dinámico100Hz y 120Hz respectivamente. Para son producidas por defectos másicosmotores alimentados con convertidor en el mismo rotor y del calaje dede frecuencia, este valor será siempre elementos mal equilibrados a este,el doble de la frecuencia de la como platos de acoplamiento yfundamental. En el ensayo siguiente de ventiladores para la refrigeración delun motor alimentado a 150Hz la motor.componente dinámica aparece a 150Hz Conocidas las causas que provocan losy la magnética a 300Hz, ver Fig. 1. problemas de vibraciones de origen dinámico se precisa especial atención al proceso de equilibrado de rotores y elementos de calaje a estos. Con tolerancias menores en el equilibrado Pico dinámico Pico ventilador actual se consigue reducir, aunque no Pico magnético eliminar, las vibraciones de origen dinámico producidas en el motor. Al contrario que las vibraciones de origen dinámico, las magnéticas son máximas en una instalación rígida delFig. 1 Espectro de vibración de un motor motor a la bancada y mínimas encon variador funcionando a 150Hz estado libre de suspensión. Aunque(9000rpm) y pico magnético en el pueda parecer que haya una relaciónarmónico 2x. entre ambas, las causas que las producen son totalmente diferentes.Las instalaciones rígidas de motores Las vibraciones de origen magnético seen bancadas producen una disminución producen en motores donde lasignificativa del nivel de vibraciones de densidad del campo magnético en laorigen dinámico o proveniente del giro sección rotor-estator es mayor pordel rotor y son máximas en estado de existir zonas con mínimo entrehierro.suspensión libre. En el espectro En la Fig. 3 se ha utilizado uncomparativo de un mismo motor fijado simulador de elementos finitos paraa bancada y suspendido (Fig. 2) se visualizar la densidad del campoaprecia la variación de estas magnético a su paso por una zona decomponentes de vibración. mínimo entrehierro en la sección rotor- estator.
  2. 2. Estator Entrehierro Rotor Fig. 5 Sección con mínimo entrehierro a un lado de la sección rotor-estator provocando un esfuerzo no compensado.Fig. 3 Sección rotor-estator donde lazona de mínimo entrehierro marcada Estas imperfecciones mecánicasposee máxima densidad del campo conjuntadas con un gran valor demagnético. saturación de la máquina acentúan el aumento de las vibraciones de origenSe originan principalmente por magnético.excentricidades del rotor con respecto Teniendo en cuenta las causas queal eje del estator, asimetrías de los incrementan la saturación magnética,elementos estructurales, deformación mencionadas anteriormente, se hadel estator, pandeo del rotor debido a conseguido establecer ciertosun mal diseño del mismo y a la parámetros en el diseño eléctrico deproximidad de la velocidad de giro a la motores para reducirla, por ejemplo lafrecuencia natural de vibración del eje. introducción de un nuevo estator deEl esfuerzo de la componente mayor longitud permite una saturaciónmagnética aumenta con el cuadrado de menor del motor y por lo tantola densidad del campo magnético b reducción de las vibraciones originadassegún la ecuación[ 9]: por defectos en los elementos b2 mencionados. F= 2µ 0 Con respecto a las bancadas se haEsquemáticamente se puede comprobado que la planicidad de estasrepresentar el vector normal de la ha de ser máxima para evitarfuerza magnética a un lado y otro de un deformaciones del estator durante lamotor sin excentricidad del rotor (Fig. 4) fijación rígida.y con excentricidad (Fig. 5). Se En una instalación rígida a la bancadaobtendrían valores mayores en zonas aumentamos la masa del conjunto y elde mínimo entrehierro y menores en las nivel de vibración total disminuye. Perode mayor. si la bancada carece de planicidad se Estator esta introduciendo una deformación en Entrehierro el motor debida a esfuerzos internos en Rotor la estructura y provocar falta de redondez en la sección del estator. Esta deformación se traduce después en un aumento del nivel de vibraciones por causas magnéticas, ver Fig. 2. Se ha conseguido reducir los niveles deFig. 4 Sección rotor-estator sin vibración por problemas de planicidadexcentricidad del rotor y esfuerzos de la base con la incorporación de víaslaterales compensados. longitudinales entre el motor y la bancada. La disminución máxima obtenida ha sido de hasta un 77% de la
  3. 3. componente magnética del motorAM280MV, ver Fig. 6.Fig. 6 Espectro comparativo de unmismo motor rígido a la bancada y convías longitudinales.La influencia de la bancada en laestructura del motor, en el caso de víaslongitudinales, ha sido mínima nocreando apenas esfuerzos nideformaciones en el estator.El caso más desfavorable se producecuando la bancada del motor induceuna deformación debida a deficienciasen la planicidad pero no aporta unaumento considerable de masa alconjunto motor-bancada.El fabricante de motores puede ahoraestablecer causas de elevada vibracióna problemas de planicidad en lasbancadas de la instalación en planta yque no son atribuibles a defectos defuncionamiento de sus máquinas.La actualización de la normaIEC6400034-14 es más permisible enel valor máximo de la vibración concomponente dominante dos veces lafrecuencia de alimentación, encomparación con los valores máximosnominales. Anteriormente, la vibraciónde un motor con componentedominante de origen magnético eramás restrictiva que por causas dedesequilibrios dinámicos. Con laentrada de esta nueva actualización yreferente a los niveles máximos devibraciones permitidos se exigen unosvalores máximos más restrictivos quela anterior edición de 1996. La nuevareglamentación obliga a fabricantes amejorar los diseños y procesos deproducción teniendo en cuenta lascausas que originan las vibraciones.
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