La vibración y el ruido inesperados no siempre significan que un motor o un variador de frecuencia sea defectuoso. En algunas máquinas industriales, el equipo puede funcionar sin problemas en la mayoría de las velocidades, pero comenzar a sacudirse, zumbar o vibrar fuertemente dentro de un rango de velocidad particular. Una vez que el motor pasa ese rango, la vibración puede disminuir nuevamente.

Este comportamiento a menudo está relacionado con la resonancia mecánica. Comprender por qué ocurre la resonancia y cómo funciona el control de frecuencia de salto de VFD puede ayudar a los ingenieros a reducir la vibración, proteger los componentes mecánicos y mejorar la confiabilidad del equipo.

¿Qué es la resonancia mecánica?

Cada estructura mecánica tiene una o más frecuencias naturales. Estas dependen de factores como la masa, la rigidez, la forma, el método de montaje, la longitud del eje, el diseño del acoplamiento y la estructura de soporte.

Cuando una fuerza externa excita repetidamente una máquina en o cerca de una de sus frecuencias naturales, la vibración puede volverse mucho más fuerte. Este efecto se llama resonancia mecánica.

En un sistema accionado por motor, la excitación puede provenir de desequilibrios rotativos, desalineación del eje, acoplamientos, ventiladores, correas, engranajes, bombas, rodamientos o la propia máquina accionada. Una pequeña vibración que es aceptable a una velocidad puede volverse severa cuando la frecuencia de excitación se acerca a la frecuencia natural del sistema mecánico.

Por ejemplo, un ventilador puede funcionar sin problemas a 30 Hz y 45 Hz, pero mostrar una vibración significativa alrededor de 38 Hz. El motor puede no estar sobrecargado y el VFD puede no informar un fallo. El problema aparece porque ese punto de operación excita una frecuencia de resonancia en el ventilador, el marco, el conducto o la estructura de montaje.

¿Cómo afecta la velocidad del motor a la resonancia?

Un variador de frecuencia controla la velocidad del motor cambiando su frecuencia de salida. A medida que aumenta la frecuencia, el motor y la máquina conectada pasan por una amplia gama de velocidades de rotación.

Esta flexibilidad mejora el control del proceso, pero también significa que el equipo puede entrar en un rango de velocidad que rara vez se alcanzaba durante la operación a velocidad fija. Si esa velocidad corresponde a un punto de resonancia mecánica, la vibración y el ruido pueden aumentar.

La relación no siempre es uno a uno. La frecuencia de engranaje, la frecuencia de paso de las palas, la vibración de la correa, los armónicos del motor y otras fuerzas también pueden excitar la máquina. Por lo tanto, la frecuencia mostrada por el VFD debe tratarse como una referencia de operación en lugar de la única causa posible de vibración.

¿Qué es el control de frecuencia de salto?

El control de frecuencia de salto, también llamado frecuencia de salto o evitación de frecuencia peligrosa, permite que el VFD evite la operación continua dentro de bandas de frecuencia seleccionadas.

Una vez que se identifica un rango de resonancia, el técnico puede establecer un límite inferior y superior a su alrededor. Cuando el comando de frecuencia pasa por este rango, el VFD se mueve a la siguiente frecuencia de operación permitida en lugar de permanecer en el punto de resonancia.

Por ejemplo, si ocurre una vibración fuerte entre 37 Hz y 39 Hz, el rango de frecuencia de salto puede configurarse alrededor de esa área. Si el operador da un comando dentro de la banda prohibida, el variador operará a una frecuencia permitida fuera de ella, dependiendo de la lógica de control y la dirección de la frecuencia.

El motor aún puede pasar brevemente por el rango de salto durante la aceleración o desaceleración. El propósito es evitar que la máquina opere continuamente a la frecuencia que produce vibración excesiva.

¿Cómo se debe configurar un rango de frecuencia de salto?

La configuración de frecuencia de salto debe basarse en pruebas reales en lugar de conjeturas. Durante la puesta en marcha, la velocidad del motor se puede aumentar gradualmente mientras los técnicos monitorean la vibración, el ruido, la corriente, la condición de los rodamientos y el comportamiento de la máquina.

Una vez que se identifica el rango de frecuencia problemático, se puede establecer una banda de salto estrecha a su alrededor. La máquina debe probarse nuevamente bajo carga real porque los cambios en el material, la presión, la tensión, las condiciones de instalación o la carga mecánica pueden afectar el punto de resonancia.

El rango de salto no debe ser innecesariamente amplio. Un rango prohibido grande puede limitar el control del proceso o impedir que la máquina alcance una velocidad de operación importante. La configuración de aceleración y desaceleración también debe revisarse para que el sistema pueda pasar por el área de resonancia sin crear un choque mecánico excesivo.

¿Puede el control de frecuencia de salto solucionar todos los problemas de vibración?

El control de frecuencia de salto es una herramienta operativa útil, pero no es un sustituto del mantenimiento mecánico.

Si la vibración es causada por rodamientos dañados, pernos sueltos, cimientos deficientes, acoplamientos desgastados, desequilibrio del rotor, desalineación del eje o instalación incorrecta, evitar un rango de velocidad no reparará el problema subyacente. Estas fallas pueden empeorar y eventualmente afectar otras velocidades de operación.

Por lo tanto, la máquina debe ser inspeccionada antes de depender de la evitación de frecuencia. Si la velocidad de producción requerida cae directamente dentro del rango de resonancia, puede ser necesaria una solución mecánica. Las medidas posibles incluyen equilibrar las piezas giratorias, corregir la alineación, reforzar la estructura, cambiar la rigidez del montaje, agregar amortiguación o rediseñar el sistema de transmisión.

Uso de VEIKONGVFD500 para la evitación de frecuencia

VEIKONGVFD500 incluye la evitación de frecuencia peligrosa, lo que lo hace adecuado para máquinas industriales compactas que necesitan evitar velocidades de operación resonantes específicas. Sus funciones ajustables de aceleración y desaceleración pueden ayudar al motor a moverse a través de rangos de velocidad sensibles de manera más suave.

ElVFD500 también admite control V/F y control vectorial sin sensor, lo que permite seleccionar el método de control según el motor y la carga. Con comunicación Modbus estándar, unidades de frenado incorporadas, múltiples funciones de protección y una estructura compacta, se puede considerar para maquinaria textil, equipos de impresión y embalaje, maquinaria de alimentos, maquinaria de plástico, equipos de carpintería, sistemas logísticos y otras aplicaciones accionadas por motor.

Al aplicar VEIKONGVFD500, los ingenieros deben primero identificar si la vibración está relacionada con una frecuencia de operación particular o un defecto mecánico. Con una inspección correcta, configuración de parámetros y pruebas de carga, la función de frecuencia de salto puede ayudar a la máquina a evitar áreas de resonancia dañinas y mantener una operación más estable.

Palabras relacionadas:

Control de frecuencia de salto de VFD,

Resonancia mecánica en sistemas de motores

Evitación de frecuencia peligrosa