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DIAGNÓSTICO POR VIBRACIONES:
Motor de corriente continua:
Rotor de una máquina eléctrica de corriente continua:
Colector de una máquina eléctrica de corriente continua:
FRECUENCIAS CARACTERÍSTICAS DE UN SCR (CIRCUITOS
RECTIFICADORES CONTROLADOS):
Los pulsos de una corriente continua rectificada de media onda ocurren
con una frecuencia igual a 3 x 60 Hz (60 Hz = 3600 CPM), o sea 180 Hz
(10800 CPM). Esta misma frecuencia es detectable mediante las
mediciones de vibración, indicando la frecuencia de encendido de los SCR
de un circuito rectificado de media onda. Un circuito SCR rectificado de
onda completa con 6 SCR produce una frecuencia de encendido de 6 x 60
Hz o 360 Hz (21600 CPM) con pulsaciones o incrementos de fase de 60
grados como se ve en la figura
con 6 SCR y 3 circuitos de encendido, una perdida de una fase de
corriente alterna o de una tarjeta de encendido provocaría la perdida de
un tercio de la frecuencia de encendido (1 1 3 x 21600 CPM = 7200 CPM
O 2 SCR 2x3600 CPM = 7200 CPM). La pérdida de 1 SCR provocaría una
caída 3600 CPM de la frecuencia de encendido.
ESPECTRO NORMAL DE UN MOTOR DE CC: Para un motor de
corriente continua accionado por medio de SCR (circuitos rectificadores
controlados), se observa en la siguiente tabla las frecuencias
características:
La frecuencia de los SCR tiene una amplitud del orden de 0,05 pulg/seg
pico ( 1.27 mm/seg RMS}. Un nivel de Alarma 1 para esta frecuencia
debería estar en el orden de aproximadamente 0,1 pulg/seg ( 2.54 mm/seg
RMS), este valor esta tomado en base a una serie de análisis y estadisticas
de motores de corriente continua con tamaños entre 25HP y 800 HP),
lógicamente el tipo de rodamientos y la velocidad de operación afectaran
las alarmas de manera que los niveles de alarma ideales para una planta
en particular serán normalmente calculados a partir del nivel medio (X ) y
de la desviación estandar ( σ ) de la frecuencia del SCR en cuestión.
Una regla practica será establecer la "Alarma 1" igual al promedio mas 3
desviaciones estándar (X + 3 xσ) mientras que la 'Alarma 2" se establecerá
un 50% por encima de la ."Alarma 1".
La figura en la diapositiva siguiente presenta un espectro típico "normal"
de un motor de CC accionado por corriente rectificada de media onda.
Note que la frecuencia de encendido de los SCR a 21.600 CPM muestra
una amplitud de 0,008 pulg/seg (como se ve en el lado derecho de la
figura). La frecuencia de 2 x SCR es de 43.200 CPM para el caso de 6 SCR
y podrá estar presente pero su amplitud deberá ser muy baja (típicamente
menor que 0,07 a 0,02 pulg/seg ).
Comúnmente la sola presencia de un pico en la frecuencia de 2 x SCR
sería el indicio de un problema.
Las frecuencias de 1 x RPM y de 2 2 RPM son normalmente el resultado
de fuentes mecánicas con niveles normales dependientes de la aplicación y
que no serán por regla general indicativos de ningún problema en los
circuitos de control ni en la parte eléctrica del motor con la excepción
posible de un desbalanceo generado por un cabezal de bobina o alguna
bobina desordenada o suelta.
ESPECTRO
NORMAL DE
CIRCUITO
CON 6 SCR
CON
AMPLITUD
DE
FRECUENCIA
DE
SCR
ACEPTABLE
ARROLLAIENTOS DEL INDUCIDO DAÑADOS, PROBLEMAS DE
PUESTA A TIERRA O SISTEMAS DEFECTUOSOS
El espectro del caso B del gráfico de diagnóstico, es típico de
arrollamientos del inducido dañados, problemas de puesta a tierra o
ajuste del sistema defectuoso. Nótese que un ajuste defectuoso provocaría
una rotura en la cadencia de pulsaciones de los SCR con lo que las formas
de ondas rectificadas quedarían ligeramente fuera de fase, o sea que para
un circuito de 6 SCR de onda completa la diferencia de fase seria algo
diferente a 60 o algo diferente a 120 para un circuito rectificador de 3
SCR de media onda. El ajuste defectuoso se corrige frecuentemente
ajustando la ganancia del circuito accionador de desbloqueo. Una vez mas,
las amplitudes de la frecuencia de los SCR por encima de 0,1 pulg/seg a
1 x SCR serán normalmente consideradas como indicativas de un
problema.
Además las amplitudes que superen los 0,15 pulg/seg a 1 X SCR
normalmente indicaran una severidad suficiente como para requerir una
corrección.
Nótese el hecho que los valores proporcionados de 0,1 y 0,15 pulg-seg son
meramente indicativos para ei comienzo de los trabajos debiendo
ajustarse a la realidad de cada instalación de acuerdo con las reglas
estadísticas exhibidas en la figura A.
Lo mejor es hacer un análisis comparativo de familias de máquinas y
generar los valores aceptables para cada uno de ellos.
Si el ajuste de ganancia de desbloqueo, no corrige el defecto, un
arrollamiento de campo dañado o una puesta a tierra defectuosa seran
probablemente las causas del problema.
Las figuras de las diapositivas siguientes son espectros que muestran
ajustes defectuosos del sistema en los circuitos de 3 y de 6 SCR
respectivamente.
Las amplitudes en ambos casos exceden las 0,1 pulg/seg pico. Si no se
pudiesen reducir considerablemente los valores por debajo de estos niveles
realizando el ajuste del sistema, deberá verificarse el estado de los
bobinados del motor y de la puesta a tierra considerando que son el origen
posible del problema.
En algunos casos, el propio circuito de los rectificadores podrá presentar
un filtrado inapropiado causando vibraciones aun más altas en su
frecuencia de SCR.
ESPECTRO FFT DE UN SISTEMA DE CORRIENTE CONTINUA
RECTIFICADA DE MEDIA ONDA CON AJUSTE DEFECTUOSO
ESPECTRO FFT DE UN SISTEMA DE CORRlENTE CONTlNUA
RECTIFICADA DE ONDA COMPLETA CON AJUSTE DEFECTUOSO
TARJETA DE ENCENDIDO DEFECTUOSA O FUSIBLE QUEMADO:
Cuando una tarjeta de encendido del SCR deja de funcionar o cuando un
fusible se quema o queda mal conectado a su soporte por medio de
corrosión causando la formación de arcos en e! circuito, un tercio de la
energía electrica durante el encendido se pierde. De aquí resultan
variaciones de velocidad momentáneas y repetidas causando altas
amplitudes de vibración en 1/3 x SCR y en la frecuencia de 2/3 x SCR
como se muestra el caso C de la tabla . Esta condición se puede corregir
sustituyendo el fusible y/ó la tarjeta de encendido.
SCR DEFECTUOSO, TARJETA DE CONTROL EN CORTO
CIRCUITO, CONEXIONES FLOJAS Y/O FUSIBLE QUEMADO:
La ilustración de la tabla , muestra un espectro característico de un SCR
defectuoso, una tarjeta de control en corto y/o un fusible quemado.
Observe en esta ilustración la aparición de la frecuencia de SCR y de picos
en los armónicos de la frecuencia de línea (o sea FL, 2 x FL, 3 x FL, 4 x FL y
5 x FL). Éstos múltiplos de FL presentaran normalmente, solo uno ó dos
picos con amplitudes mas altas de lo normal.
Aqui el punto importante es que las frecuencias FL , 2 x FL, 3 x FL, 4 x FL
y 5 x FL, no deberían aparecer con ninguna amplitud significativa en un
espectro de motor de corriente continua, independientemente si el diseño
del motor es para rectificación de media onda o de onda completa. Una
amplitud normal para estas frecuencias no debería superar las 0.005
pulg/seg con un nivel de 'Alarma 1' de aproximadamente 0,01 pulg/seg ó
de 0,02 pulg/seg para FL hasta 5 x FL.
TARJETA COMPARADORA DEFECTUOSA (Fig diapositiva siguiente)
La tarjeta comparadora es responsable por el control de la velocidad del
motor de corriente continua a través del monitoreo constante de la
diferencia del voltaje entre un tacómetro montado en el motor y un
potenciómetro de voltaje constante.
Una tarjeta comparadora defectuosa causara problemas con el control del
numero de RPM resultando en fluctuación o en 'oscilación“ (hunting) de
velocidad.
Esta condición es tipificada por la frecuencia del SCR que está teniendo su
banda lateral mostrada por picos con separación muy pequeña
requiriendo espectros de alta resolución para poder detectar el problema.
Es importante resaltar que todas las bandas laterales con separación
pequeña en torno de la frecuencia del SCR desaparecerán después de la
substitución de la tarjeta comparadora. Se recomienda que, como mínimo,
un espectro FFY de alta resolución (3200 líneas) con una frecuencia
máxima de cerca de 24.000 CPM (400 Hz) sea tomado en cada motor de
corriente continua dentro de un programa de monitoreo de condición
para detectar este problema (y, de preferencia, uno en cada rodamiento
del motor, en la dirección horizontal).
PASO DE CORRIENTE ELECTRICA A TRAVES DE
RODAMIENTOS DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
LOS
Las estrías inducidas eléctricamente (o sea, la aparición de corrugaciones
en las pistas del rodamiento) es un problema que, particularmente, parece
afectar a tos motores de CC equipados con rodamientos de elementos
rodantes.
Las estrías son el resultado de ligeras descargas eléctricas que ocurren
entre el eje del inducido a través de los rodamientos hasta la tierra.
Las tres fuentes mas probables de esta descarga son la electricidad
estática, la inducción magnética de la corriente del eje y el acoplamiento
capacitivo del eje a la tierra.
Las descargas continuas se evidencian en los defectos de los rodamientos.
En general, estos defectos aparecen como una serie de bandas laterales en
la frecuencia de defectos de la pista externa (BPFO) con una frecuencia
central dentro de la banda entre 100.000 CPM y 150.000 CPM como se ve
en la ilustración de la próxima diapositiva.
Esto quiere decir que dentro de un determinado periodo de tiempo de
análisis de vibraciones periódicas aparecerá una serie de frecuencias en
los espectros de velocidad de alta frecuencia y aparecerá súbitamente
dentro de esta banda donde la distancia entre una frecuencia y la siguiente
será igual a la frecuencia del defecto de la pista externa (BPFO) para
aquel rodamiento.
Todavía no se sabe cual es el motivo por el cual las frecuencias parecen
agruparse entre las bandas de 100.000 a 150.000 CPM (1667 a 2500 Hz)
cuando ocurre la formación de estrías eléctricas.
La Figura muestra dos tipos distintos de espectros detectando la
formación de estrías eléctricas en un rodamiento en el interior de un
motor de corriente continua. En dichas figuras se observa un espectro de
velocidad mostrando las frecuencias de diferencia de la pista externa del
rodamiento (BPFO) claramente presentes en la banda de frecuencia
localizada entre 100.000 y 150.000 CPM. Note también en la primera
figura la ausencia de las frecuencias a 1 x BPFO, 2x BPFO, 3x BPFO, etc,
como se muestra en la parte inferior del espectro. La Fig. siguiente es un
espectro de la energía de pico (g/SE) del mismo rodamiento, una vez mas
mostrando de forma clara la presencia de frecuencias BPFO.
Aqui, una vez mas, si este problema serio y común de las estrías
eléctricamente inducidas tuviera que ser detectado dentro de un
programa de monitoreo de condición, los datos de alta frecuencia hasta
por lo menos, 180.000 CPM ( o sea, 3000 Hz) deberán ser colectados tanto
en los rodamientos internos como externos de cada motor de corriente
continua.
Comparación de los espectros de energía de pico de velocidad colectados
en el rodamiento externo de un motor de corriente continua presentando
formación de estrías en su pista externa en consecuencia del pasaje de
corriente eléctrica a través del rodamiento.