Vibraciones

Causas de vibración de los motores de inducción de 2 polos mediante análisis espectral
Las causas más comunes de vibración en los motores de inducción trifásicos y dos polos son las originadas por problemas dinámicos y magnéticos. Las primeras se aprecian mediante un espectro de frecuencias en el armónico fundamental de la velocidad de giro 50Hz (UE), y 60Hz (USA). Los problemas de origenmagnéticos se detectan al doble de la frecuencia de alimentación en la componente de 100Hz y 120Hz respectivamente. Para motores alimentados con convertidor de frecuencia, este valor será siempre el doble de la frecuencia de la fundamental. En el ensayo siguiente de un motor alimentado a 150Hz la componente dinámica aparece a 150Hz y la magnética a 300Hz, ver Fig. 1.

Fig. 2 Espectro comparativo de unmismo motor fijado a bancada y suspendido.

Pico dinámico

Pico ventilador

Pico magnético

Fig. 1 Espectro de vibración de un motor con variador funcionando a 150Hz (9000rpm) y pico magnético en el armónico 2x.

Las instalaciones rígidas de motores en bancadas producen una disminución significativa del nivel de vibraciones de origen dinámico o proveniente del giro del rotor y sonmáximas en estado de suspensión libre. En el espectro comparativo de un mismo motor fijado a bancada y suspendido (Fig. 2) se aprecia la variación de estas componentes de vibración.

La norma IEC 60034-14 establece valores máximos de vibración menores con el motor rígido a bancada que en estado libre o suspendido. Las causas de las vibraciones de origen dinámico son producidas por defectos másicos enel mismo rotor y del calaje de elementos mal equilibrados a este, como platos de acoplamiento y ventiladores para la refrigeración del motor. Conocidas las causas que provocan los 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 actual se consigue reducir, aunque noeliminar, 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 del motor a la bancada y mínimas en estado libre de suspensión. Aunque pueda parecer que haya una relación entre ambas, las causas que las producen son totalmente diferentes. Las vibraciones de origen magnético se producen enmotores donde la densidad del campo magnético en la sección rotor-estator es mayor por existir zonas con mínimo entrehierro. En la Fig. 3 se ha utilizado un simulador de elementos finitos para visualizar la densidad del campo magnético a su paso por una zona de mínimo entrehierro en la sección rotorestator.

Estator Entrehierro Rotor

Fig. 5 Sección con mínimo entrehierro a un lado de lasección rotor-estator provocando un esfuerzo no compensado. Fig. 3 Sección rotor-estator donde la zona de mínimo entrehierro marcada posee máxima densidad del campo magnético.

Se originan principalmente por excentricidades del rotor con respecto al eje del estator, asimetrías de los elementos estructurales, deformación del estator, pandeo del rotor debido a un mal diseño del mismo y a laproximidad de la velocidad de giro a la frecuencia natural de vibración del eje. El esfuerzo de la componente magnética aumenta con el cuadrado de la densidad del campo magnético b según la ecuación[ 9]:

F=

b2 2µ 0

Esquemáticamente se puede representar el vector normal de la fuerza magnética a un lado y otro de un motor sin excentricidad del rotor (Fig. 4) y con excentricidad (Fig. 5). Seobtendrían valores mayores en zonas de mínimo entrehierro y menores en las de mayor.
Estator Entrehierro Rotor

Fig. 4 Sección rotor-estator sin excentricidad del rotor y esfuerzos laterales compensados.

Estas imperfecciones mecánicas conjuntadas con un gran valor de saturación de la máquina acentúan el aumento de las vibraciones de origen magnético. Teniendo en cuenta las causas que incrementan...