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 deorigen magnéticos 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.

Picodinámico

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 son máximas en estado de
suspensión libre. En elespectro
comparativo de un mismo motor fijado
a bancada y suspendido (Fig. 2) se
aprecia
la
variación
de
estas
componentes de vibración.

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

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 origendinámico
son producidas por defectos másicos
en el 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
toleranciasmenores en el equilibrado
actual se consigue reducir, aunque no
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 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
producenson totalmente diferentes.
Las vibraciones de origen magnético se
producen en motores 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 la sección 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
elementosestructurales, deformación
del estator, pandeo del rotor debido a
un mal diseño del mismo y a la
proximidad 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 lafuerza magnética a un lado y otro de un
motor sin excentricidad del rotor (Fig. 4)
y con excentricidad (Fig. 5). Se
obtendrían 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...