Deslizamiento del motor es la diferencia entre la velocidad síncrona del campo magnético giratorio y la velocidad mecánica real del rotor de un motor de inducción, expresada como porcentaje de la velocidad síncrona.
Existe por diseño: sin deslizamiento no hay movimiento relativo entre el campo del estator y los conductores del rotor, no hay corriente inducida en el rotor y no hay par.
Entender el deslizamiento es fundamental para diagnosticar el rendimiento del motor, dimensionar correctamente los variadores y interpretar datos de vibración y térmicos de programas de monitorización de condición.
El campo magnético giratorio en el estator de un motor de inducción gira a una velocidad fija determinada únicamente por la frecuencia de alimentación y el número de polos magnéticos bobinados en el estator. Esta es la velocidad síncrona, dada por:
Ns = 120 x f / p
El rotor de un motor de inducción nunca puede alcanzar esta velocidad bajo carga. Si lo hiciera, habría velocidad relativa cero entre el campo giratorio y las barras del rotor, FEM inducida cero y par cero, por lo que el rotor inmediatamente volvería a quedarse atrás.
Esta es la distinción definitoria frente a un motor síncrono , que se bloquea a Ns usando un campo de rotor excitado por separado o imanes permanentes.
| Polos | Ns a 50 Hz (rpm) | Ns a 60 Hz (rpm) |
|---|---|---|
| 2 | 3000 | 3600 |
| 4 | 1500 | 1800 |
| 6 | 1000 | 1200 |
| 8 | 750 | 900 |
| 10 | 600 | 720 |
| 12 | 500 | 600 |
El deslizamiento (s) es el déficit de velocidad normalizado:
s = (Ns - Nr) / Ns
donde Nr es la velocidad real del rotor en rpm. Multiplique por 100 para expresar el deslizamiento como porcentaje. Un motor de 4 polos, 50 Hz con velocidad nominal de placa de 1455 rpm tiene:
s = (1500 - 1455) / 1500 = 0,03, o 3% de deslizamiento.
La frecuencia de deslizamiento, la frecuencia de la corriente realmente inducida en las barras del rotor, se obtiene directamente: f_rotor = s × f. Con un 3% de deslizamiento en una alimentación de 50 Hz, los conductores del rotor ven corriente inducida a 1,5 Hz.
Esta frecuencia de deslizamiento es también la base física de la detección de barras rotas del rotor : una barra agrietada o rota crea una pulsación de par y velocidad a doble de la frecuencia de deslizamiento
que aparece en un análisis de firma de corriente del motor como bandas laterales en f × (1 ± 2s) alrededor de la frecuencia fundamental de la red, con pares adicionales de bandas laterales en f × (1 ± 2ks) para k = 2 3... a medida que aumenta la severidad de la falla.
El deslizamiento nominal (a plena carga) varía con el tamaño y la clase de diseño del motor:
Los motores más grandes tienen proporcionalmente menor resistencia del rotor y huecos de aire más delgados en relación con su tamaño, por lo que necesitan menos deslizamiento para desarrollar el par nominal.
Esto también explica por qué los motores grandes funcionan más cerca de la velocidad síncrona y son más sensibles, en términos relativos, al desequilibrio de tensión y a la pérdida de fase, ambos factores que aumentan el deslizamiento efectivo y el calentamiento del rotor.
El par del motor no es lineal con el deslizamiento. La característica curva par-deslizamiento tiene tres regiones reconocibles:
La resistencia del rotor moldea directamente esta curva: mayor resistencia del rotor desplaza el punto de par de rotura a un valor de deslizamiento más alto, que es exactamente el mecanismo aprovechado por los motores de rotor bobinado con bancos de resistencia externos y por las geometrías de rotor NEMA de diseño C/D.
Los motores de inducción estándar de jaula de ardilla se clasifican según su comportamiento par-deslizamiento y corriente de arranque. NEMA MG-1 define cuatro letras de diseño (A, B, C, D); la IEC 60034-12 define dos clases aproximadamente equivalentes, Diseño N (par y corriente de arranque normales) y Diseño H (alto par de arranque).
| Diseño NEMA | Equivalente IEC | Par de arranque | Deslizamiento de rotura | Aplicación típica |
|---|---|---|---|---|
| A | N | Normal, mayor par de rotura | Bajo (menos del 5%) | Ventiladores, bombas, cargas de baja inercia |
| B | N | Normal | Bajo a moderado (menos del 5%) | Propósito general, la mayoría de accionamientos industriales |
| C | H | Alto | Moderado (alrededor del 5%) | Cintas transportadoras, compresores, arranques de alta inercia |
| D | No estandarizado | Muy alto | Alto (5% a 13% o más) | Prensas de estampado, grúas, polipastos, cargas pulsantes |
El diseño B domina el uso industrial general porque equilibra el funcionamiento eficiente a plena carga (bajo deslizamiento nominal, alta eficiencia) con un par de arranque adecuado. El diseño D sacrifica eficiencia a cambio de alta capacidad de deslizamiento, útil donde la carga necesita un arranque suave con corriente limitada o debe admitir pulsaciones de par sin bloquearse.
El deslizamiento no es solo un indicador de velocidad; es una medida directa de la energía disipada en el circuito del rotor. La relación es:
Pérdidas en cobre del rotor = s x Pag
donde Pag es la potencia en el entrehierro transferida del estator al rotor. Esto significa que un motor que funciona con un 5% de deslizamiento disipa el 5% de su potencia transferida como calentamiento I²R en el rotor, mientras que el 95% restante se convierte en salida mecánica.
Cualquier cosa que aumente el deslizamiento efectivo, subtensión, desequilibrio, una barra del rotor parcialmente rota o una sobrecarga mecánica, aumenta esta fracción de pérdidas y eleva la temperatura del rotor de forma desproporcionada, ya que las pérdidas escalan con el deslizamiento mientras que el par de salida solo aumenta modestamente en el rango de operación normal.
Precisamente aquí es donde la monitorización de condición demuestra su valor. La plataforma de Fabrico registra tendencias de corriente, velocidad y firmas térmicas junto con datos de vibración, y abre automáticamente una orden de trabajo en el CMMS cuando indicadores relacionados con el deslizamiento (corriente en aumento a carga constante
ascenso térmico o crecimiento de bandas laterales en MCSA) cruzan un umbral, detectando la degradación del rotor antes de que una falla de barra derive en un fallo del estator. Reserva una demo de Fabrico para ver cómo se aplican el seguimiento del deslizamiento y las tendencias térmicas a su flota de motores.
El calentamiento del rotor por pérdidas de deslizamiento también interactúa con la vida del aislamiento y la condición de los rodamientos, por lo que los sitios que hacen seguimiento de la salud de los motores suelen emparejar el seguimiento de deslizamiento y corriente con las zonas de severidad de vibración ISO 20816 y pruebas periódicas de descargas parciales en bobinados de media tensión.
El deslizamiento aumenta. Más carga mecánica requiere más par, que el motor produce quedándose más atrás respecto a la velocidad síncrona, aumentando la velocidad relativa entre el campo y el rotor e induciendo más corriente en el rotor. Este es un mecanismo autorregulador hasta el punto de par de rotura.
Sí. Si una fuerza externa impulsa el rotor más rápido que la velocidad síncrona, por ejemplo una carga que arrastra o una aplicación de eje compartido, el deslizamiento se vuelve negativo y la máquina opera como un generador de inducción, inyectando potencia de vuelta a la red en lugar de consumirla.
Un variador de frecuencia (VFD) cambia la frecuencia de alimentación y por tanto Ns, pero el motor sigue necesitando deslizamiento para producir par en cualquier punto de operación.
Un control bien afinado V/Hz o vectorial mantiene el porcentaje de deslizamiento cercano al valor de diseño nominal del motor a lo largo del rango de velocidades, lo que es parte de la razón por la que los motores accionados por VFD suelen funcionar más fríos que los motores arrancados directo a la red bajo la misma carga.
Un menor deslizamiento generalmente se correlaciona con menores pérdidas en el rotor y mayor eficiencia, por lo que las clases de eficiencia premium bajo las clases IE usan rotores con resistencia reducida y geometría de barras optimizada para reducir el deslizamiento nominal sin sacrificar el rendimiento de arranque.
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