Forståelse af elektrisk frekvens i motorer
Definition: Hvad er elektrisk frekvens?
Elektrisk frekvens (også kaldet netfrekvens, netfrekvens eller effektfrekvens) er frekvensen af den vekselstrøm (AC), der forsynes med elektriske motorer og andet elektrisk udstyr. De to standard elektriske frekvenser på verdensplan er 60 Hz (Hertz) i Nordamerika, dele af Sydamerika og nogle asiatiske lande og 50 Hz i Europa, det meste af Asien, Afrika og Australien. Denne frekvens bestemmer den synkrone hastighed for AC-motorer og skaber karakteristiske elektromagnetiske kræfter og vibrationer komponenter ved multipla af netfrekvensen.
I motor Vibrationsanalyse, elektrisk frekvens og dens harmoniske (især 2× netfrekvens) er vigtige diagnostiske indikatorer for elektromagnetiske problemer, statorproblemer og uregelmæssigheder i luftspalter.
Forhold til motorhastighed
Beregning af synkron hastighed
For AC-asynkronmotorer bestemmes den synkrone hastighed af den elektriske frekvens:
- Nsynkronisering = (120 × f) / P
- Hvor Nsynkronisering = synkron hastighed (RPM)
- f = elektrisk frekvens (Hz)
- P = antal poler i motoren
Almindelige motorhastigheder
Til 60 Hz-systemer
- 2-polet motor: 3600 RPM synkron (faktisk ~3550 RPM med slip)
- 4-polet motor: 1800 RPM synkron (faktisk ~1750 RPM)
- 6-polet motor: 1200 RPM synkron (faktisk ~1170 RPM)
- 8-polet motor: 900 RPM synkron (faktisk ~875 RPM)
Til 50 Hz-systemer
- 2-polet motor: 3000 RPM synkron (faktisk ~2950 RPM)
- 4-polet motor: 1500 RPM synkron (faktisk ~1450 RPM)
- 6-polet motor: 1000 RPM synkron (faktisk ~970 RPM)
- 8-polet motor: 750 RPM synkron (faktisk ~730 RPM)
Glidefrekvens
Forskellen mellem synkron og faktisk hastighed:
- Slipfrekvens (fs) = (Nsynkronisering – Nfaktisk) / 60
- Typisk slip: 1-5% af synkron hastighed
- Slipfrekvens typisk 1-3 Hz
- Belastningsafhængig: slip øges med belastning
- Vigtigt for diagnosticering af elektriske defekter i rotoren
Elektromagnetiske vibrationskomponenter
2× Linjefrekvens (vigtigst)
Den dominerende elektromagnetiske vibrationskomponent:
- 60 Hz-systemer: 2 × 60 = 120 Hz vibrationskomponent
- 50 Hz-systemer: 2 × 50 = 100 Hz vibrationskomponent
- Årsag: Magnetiske kræfter mellem stator og rotor pulserer med dobbelt netfrekvens
- Altid til stede: Normal karakteristik for alle AC-motorer (lav amplitude normal)
- Forhøjet amplitude: Indikerer statorproblemer, luftgabsproblemer eller magnetisk ubalance
Linjefrekvens (1×f)
- 50 Hz eller 60 Hz komponent
- Normalt lavere amplitude end 2×f
- Kan indikere ubalance i forsyningsspændingen
- Kan forekomme ved statorviklingsfejl
Højere harmoniske
- 4×f, 6×f osv. (240 Hz, 360 Hz for 60 Hz-systemer)
- Kan indikere problemer med viklinger eller laminering af kernen
- Typisk lav amplitude i sunde motorer
Diagnostisk betydning
Normal 2×f amplitude
- Typisk < 10% af 1× (kørselshastighed) vibration
- Relativt konstant over tid
- Til stede i alle retninger, men ofte stærkest radialt
Forhøjet 2×f indikerer problemer
Problemer med statorviklinger
- Kortslutninger mellem sving, faseubalance
- 2×f amplitude stiger over tid
- Kan være ledsaget af temperaturstigning
- Aktuel ubalance målbar mellem faser
Luftgabs excentricitet
- Ujævn luftspalte på grund af rotorens excentricitet eller lejeslid
- Skaber ubalanceret magnetisk tiltrækning
- 2×f og forhøjede polpasfrekvenser
- Kombination af mekaniske og elektromagnetiske effekter
Blød fod- eller rammeresonans
- Hvis motorrammens naturlige frekvens er tæt på 2×f
- Strukturel resonans forstærker elektromagnetisk vibration
- Rammens vibrationer er meget højere end lejevibrationer
- Kan korrigeres ved strukturel afstivning eller rammedæmpning
Variable frekvensdrev (VFD'er)
VFD-effekter på elektrisk frekvens
- VFD'er skaber variabel udgangsfrekvens (typisk 0-120 Hz)
- Motorhastighed proportional med VFD-udgangsfrekvens
- Alle elektromagnetiske frekvenser skaleres med VFD-udgangsfrekvens
- PWM-switching skaber yderligere højfrekvente komponenter
VFD-specifikke vibrationsproblemer
- Skiftefrekvenser: kHz-områdekomponenter fra PWM-switching
- Lejestrømme: Højfrekvente strømme kan beskadige lejer
- Torsionsvibration: Momentpulseringer ved forskellige frekvenser
- Resonansexcitation: Variabel hastighed kan gennemløbe resonanser
Praktiske diagnoseeksempler
Tilfælde 1: Høj 2×f vibration
- Symptom: 4-polet, 60 Hz motor (1750 o/min) med 120 Hz vibration = 6 mm/s
- Analyse: 120 Hz meget højere end 1× vibration ved driftshastighed (2 mm/s)
- Diagnose: Problem med statorviklingen eller excentricitet i luftgabet
- Bekræftelse: Termografi viser hotspot i statoren, strømubalance målt
- Handling: Spol motoren tilbage eller udskift den
Tilfælde 2: Sidebånd omkring løbehastighed
- Symptom: Toppe ved 1× ± 2 Hz (slipfrekvens)
- Diagnose: Ødelagte rotorstænger
- Bekræftelse: MCSA viser samme sidebåndsmønster i strøm
- Progression: Overvåg amplitudevækst for at planlægge udskiftning
Overvågning af bedste praksis
Opsætning af spektrumanalyse
- Sørg for, at Fmax (maksimal frekvens) er > 500 Hz for at opfange 2×f og harmoniske svingninger
- Tilstrækkelig opløsning til at adskille tætliggende sidebånd (< 0,5 Hz opløsning til slipfrekvensanalyse)
- Mål i flere retninger (horisontal, lodret, aksial)
Basislinjeetablering
- Optag 2×f amplitude, når motoren er ny eller nyligt opviklet
- Etabler normale niveauer for hver motortype i anlægget
- Indstil alarmgrænser (typisk 2-3× baseline for 2×f)
Trendparametre
- 2× linjefrekvensamplitude og trend
- Polpassfrekvenskomponenter
- Sidebåndsamplituder og -mønstre
- Samlede vibrationsniveauer
- Indikatorer for lejers tilstand
Elektrisk frekvens er fundamental for forståelsen af AC-motorers drift og diagnosticering. Genkendelse af netfrekvenskomponenter (især 2×f) i vibrationsspektre og forståelse af deres forhold til elektromagnetiske fænomener muliggør differentiering mellem mekaniske og elektriske motorfejl og vejledning i passende diagnostiske og korrigerende handlinger.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 