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 x σ) 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 F L, 2 x F L, 3 x F L, 4 x F L y 5 x F L ). Éstos múltiplos de F L 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 F L, 3 x F L, 4 x F L y 5 x F L, 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 F L hasta 5 x F L. 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 LOS RODAMIENTOS DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA 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.