Разбиране на електрическата честота в двигателите
Електрическа честота — наричана още честота на мрежата, честота на електрозахранването или честота на тока — е честотата на променливотоковото захранване, подавано към електродвигателите и другото електрическо оборудване. В световен мащаб преобладават два стандарта: 60 Hz в Северна Америка, части от Южна Америка и някои азиатски държави, и 50 Hz в Европа, по-голямата част от Азия, Африка и Австралия. Тази единствена стойност определя синхронната скорост на всеки променливотоков електродвигател, свързан към мрежата, и поражда набор от електромагнитни сили — и следователно вибрация компоненти — при кратни на честотата на мрежата.
В двигателя анализ на вибрациите, честотата на мрежата и нейните хармоници, особено двойната честота на мрежата (2×f), са ключови диагностични показатели за електромагнитни проблеми, повреди в статора и нередности във въздушната междина. Правилното им тълкуване позволява на анализатора да разграничи електрическа повреда от механична в същия спектър.
1. Връзка със скоростта на двигателя
Синхронна скорост
При асинхронен електродвигател със променливо напрежение синхронната скорост на въртящото се магнитно поле се определя от честотата на мрежата и броя на полюсите:
Nсинхронизиране = (120 × f) / P — където Nсинхронизиране е синхронната скорост в об./мин., f е електрическата честота в херци, а P е броят на полюсите.
The actual работна скорост винаги остава малко по-назад от синхронния режим, тъй като индукционният ротор трябва да се плъзга, за да развие въртящ момент.
Обичайни обороти на двигателя
On a 60 Hz При захранване синхронните обороти са 3600 об./мин. за 2-полюсен двигател (около 3550 об./мин. при работа), 1800 об./мин. за 4-полюсен (около 1750 об./мин.), 1200 об./мин. за 6-полюсен (около 1170 об./мин.) и 900 об./мин. за 8-полюсен (около 875 об./мин.). На 50 Hz при същия брой полюси се получават 3000 об./мин (около 2950 об./мин в действителност), 1500 об./мин (около 1450), 1000 об./мин (около 970) и 750 об./мин (около 730). Калкулатор за пробукване на двигателя и действителните обороти превръща данните от табелката и измерената скорост директно в тези стойности.
Честота на приплъзване
Разликата между синхронната и действителната скорост определя честота на приплъзване:
fs = (Nсинхронизиране - Nдействителен) / 60
- Обичайното отклонение е в рамките на 1–5 % от синхронната скорост.
- Получената честота на плъзгане обикновено е само 1–3 Hz.
- Това зависи от натоварването — при увеличаване на натоварването на двигателя прослипването се увеличава.
- Това е от ключово значение за диагностицирането на електрическите неизправности на ротора, тъй като повредите в пръчките на ротора модулират вибрациите при честотата на преминаване през полюс, която се равнява на промяната на скоростта, умножена по броя на полюсите.
2. Компоненти за електромагнитни вибрации
Двойна честота на линията (доминиращата съставна част)
Най-важният електромагнитен компонент се наблюдава при 2×f — 120 Hz при захранване с 60 Hz и 100 Hz при захранване с 50 Hz. Той възниква, защото магнитното привличане между статора и ротора пулсира два пъти на електрически цикъл. Малко количество от него е нормално за всеки асинхронен електродвигател, така че самото му наличие не е признак за неизправност; повишената и нарастваща стойност на 2×f обаче сочи към проблеми със статора, an uneven въздушна междинаили магнитен дисбаланс.
Честота на мрежата (1×f)
Компонентът при самата честота на мрежата — 50 или 60 Hz — обикновено има по-малка амплитуда от 2×f. Той може да подскаже за дисбаланс в захранващото напрежение и да съпътства повреди в намотките на статора.
Висши хармоници
Компонентите при 4×f, 6×f и по-високи честоти (240 Hz, 360 Hz при система с 60 Hz) обикновено са с ниски стойности при здрав електродвигател. Когато те се увеличат, това може да е признак за проблеми с намотката или с ламинацията на сърцевината.
3. Диагностично значение
Нормална амплитуда 2×f
При звуков мотор компонентът 2×f обикновено е под около 10 % от 1× скорост на движение ниво, остава относително постоянно във времето и се наблюдава във всички посоки, макар че често е най-силно в радиална посока. Установяването на това нормално ниво е това, което придава смисъл на по-късното му повишение.
Повишени нива на 2×f и какво означава това
- Проблеми с намотката на статора: Късо съединение между фазите или фазовият дисбаланс водят до нарастване на честотата с 2×f с течение на времето, често съпроводено с повишаване на температурата и измерим дисбаланс на тока между фазите.
- Ексцентричност на въздушната междина: неравномерна междина от ротора ексцентричност или износване на лагерите причинява дисбаланс магнитно привличане, като повдига 2×f и честоти на преминаване през полюс заедно — съчетание от механични и електромагнитни ефекти.
- Резонанс на меката основа или на рамката: if a меко стъпало или рамката собствена честота lies near 2×f, структурен резонанс усилва електромагнитните вибрации; в резултат на това вибрациите на рамката значително надвишават тези на лагерите, а решението е укрепване на конструкцията или добавяне на амортисьори.
4. Честотни регулатори
Честотно-регулируемият преобразувател (VFD) умишлено променя изходната честота — обикновено в диапазона 0–120 Hz — а скоростта на двигателя я следва, така че всяка електромагнитна честота, включително 2×f и компонентите с полюсен пропуск, варира пропорционално на изходната мощност на преобразувателя, вместо да остава фиксирана на 50 или 60 Hz. Тази променливост има практическо значение за вибрациите:
- Честоти на превключване: PWM-носещата вълна наслагва компоненти в kHz-диапазона върху основната честота.
- Токове в лагерите: Високочестотните токове могат да причинят образуването на вдлъбнатини и канали по лагерите, ако валът не е правилно заземен.
- Торсионни вибрации: пулсациите на въртящия момент се проявяват при различни честоти.
- Възбуждане чрез резонанс: променливата скорост на въртене може да премине през структурни резонанси и временно да усили вибрациите.
5. Примери за диагностика в практиката
Случай 1 — силна вибрация с честота 2×f
4-полюсен двигател с честота 60 Hz, работещ при около 1750 об./мин., показва компонент с честота 120 Hz при 6 мм/сек., което е значително над нивото от около 2 мм/сек., съответстващо на 1× работната скорост. Тъй като енергията е концентрирана при двойна честота на мрежата, а не при работната скорост, това сочи по-скоро към проблем с намотката на статора или ексцентричност на въздушната междина, отколкото към механичен проблем дисбаланс. Термовизионното изследване установява гореща точка в статора и се измерва дисбаланс на тока между фазите, което потвърждава диагнозата; корективната мярка е пренавиване или подмяна на двигателя.
Пример 2 — странични ленти около скоростта на движение
Върховете се появяват при 1× ± разстоянието, свързано с плъзгането (няколко херца) – типичният признак на счупени роторни пръти. Анализът на характеристиките на тока в двигателя показва същото странична лента отклонението в захранващия ток, а проследяването на амплитудата на страничната лента във времето дава достатъчно време за планиране на подмяната. И двата случая попадат в по-широката група на електрически неизправности че вибрационният анализ е подходящ за разграничаване от механичните.
6. Най-добри практики за мониторинг
Spectrum setup
Задайте максимална честота над 500 Hz, така че анализът да обхване 2×f и нейните хармоници, и изберете достатъчна разделителна способност, за да се разграничат близко разположените странични ленти — за работа с променяща се честота е препоръчително разделителната способност да е по-добра от около 0,5 Hz. Извършете измервания в хоризонтална, вертикална и аксиална посока, тъй като електромагнитните и механичните компоненти се разпределят по различен начин в различните посоки.
Базови нива и тенденции
Запишете амплитудата на 2×f, когато двигателят е нов или току-що пренавит, определете нормалните нива за всеки тип двигател в обекта и задайте граници за аларма — обикновено два до три пъти базова линия за 2×f. След това проследете параметрите, които имат значение: амплитудата на линейната честота 2×, компонентите на полюсния пропуск, амплитудите и характеристиките на страничните ленти, общото ниво на вибрациите, както и обичайните показатели за състоянието на лагерите. Наблюдавайте как тези стойности се променят във времето, чрез дисциплиниран анализ на тенденциите, е това, което превръща един спектър в система за ранно предупреждение.
7. Измерване на място
Разграничаването на електрическия сигнал от механичния започва с точно измерване на амплитудата, честотата и фаза на апарата. Преносим двуканален уред като Балансет-1а записва FFT спектъра и синхронния еталон, необходими за точното съпоставяне на тези компоненти спрямо работната честота и нейните хармоници, което помага да се потвърди дали даден пик в близост до 100 или 120 Hz е електромагнитен или просто структурен отклик. И след като електрическата причина бъде изключена и остатъчният дисбаланс се определя като основният фактор за вибрацията 1×, същият инструмент изпълнява балансиране на полето което решава проблема — като позволява знанията за честотата на производствената линия да се прилагат директно в производствения цех.
Електрическата честота е от основно значение за разбирането на принципа на работа на асинхронния електродвигател и причините за неговите повреди. Разпознаването на компонентите с честотата на мрежата — и най-вече на тези с честота 2×f — в спектъра на вибрациите, както и познаването на електромагнитните явления, които стоят зад тях, позволява на анализатора да направи решаващото разграничение между механични и електрически повреди и да определи подходящите диагностични и коригиращи мерки.
