Kostenloses Ingenieurwerkzeug #039
Rechner für elektrische Motorfehlerfrequenz
Berechnung der Synchrondrehzahl, des Schlupfs, der doppelten Netzfrequenz, der Poldurchgangsfrequenz, der Rotorstabdurchgangsfrequenz und der Diagnoseseitenbänder für die Elektromotoranalyse.
Ergebnisse
Synchrondrehzahl
Die Synchrondrehzahl eines Wechselstrom-Induktionsmotors hängt von der Netzfrequenz und der Polzahl ab:
Schlupf
Der Schlupf ist die Differenz zwischen der synchronen und der tatsächlichen Rotordrehzahl, ausgedrückt als Bruchteil oder Prozentsatz:
Der typische Schlupf bei Volllast für Standard-Induktionsmotoren beträgt 1–5%.
Schlupffrequenz
2× Netzfrequenz
Diese Frequenz (100 Hz bei 50 Hz Netzfrequenz, 120 Hz bei 60 Hz) tritt aufgrund des alternierenden Magnetfeldes stets bei Motorschwingungen auf. Eine erhöhte 2×-Linie deutet auf elektrische Probleme hin: Phasenunsymmetrie, Luftspaltexzentrizität oder Statorwicklungsfehler.
Poldurchgangsfrequenz
Die Poldurchgangsfrequenz ist ein wichtiger Indikator für die Analyse gebrochener Rotorstäbe. Seitenbänder bei der Poldurchgangsfrequenz um die einfache Netzfrequenz im Stromspektrum (MCSA) sind ein typisches Anzeichen für einen Rotorstabfehler.
Rotorstab-Passfrequenz
Praktisches Beispiel
Gegeben: fLinie = 50 Hz, Pole = 4, N = 1475 U/min
Ns = 120 × 50 / 4 = 1500 U/min
s = (1500 - 1475) / 1500 = 1.67%
fSchlupf = 0,0167 × 50 = 0,833 Hz
2× Linie = 2 × 50 = 100 Hz
Polpassfrequenz = 2 × s × fLinie = 2 × 0,0167 × 50 = 1,67 Hz
⚠️ Hinweis: Die Motordrehzahl variiert mit der Last. Verwenden Sie unbedingt die tatsächlich gemessene Drehzahl unter Betriebsbedingungen und nicht die Nenndrehzahl. Für schlupfabhängige Berechnungen liefert ein Drehzahlmesser oder eine Stroboskopmessung die genauesten Ergebnisse.
Die doppelte Netzfrequenz (2FL, 2× Netzfrequenz) beträgt 100 Hz in 50 Hz-Netzen und 120 Hz in 60 Hz-Netzen. Es handelt sich um die Schwingfrequenz, die durch die wechselnde magnetische Anziehungskraft im Luftspalt des Motors entsteht (das Magnetfeld wechselt zweimal pro Netzperiode seine Polarität und erzeugt eine Kraft mit der 2× Netzfrequenz).
Sie ist in jedem Motorschwingungsspektrum in gewissem Maße vorhanden. Eine erhöhte 2FL-Amplitude kann hinweisen auf:
- Statorexzentrizität (ungleichmäßiger Luftspalt)
- Blechschlüsse im Statorblechpaket
- Spannungsunsymmetrie oder Phasenfehler im Netz
- Gelockertes Statorblechpaket
Gebrochene Rotorstäbe erzeugen charakteristische Muster sowohl im Schwingungs- als auch im Stromspektrum:
- Stromspektrum (MCSA): Seitenbänder bei fline ± n × fpole pass um die Netzfrequenzlinie
- Schwingungsspektrum: Rotorstabpassierfrequenz mit Seitenbändern im Abstand der 2× Netzfrequenz
- Amplitudenmodulation: Die 1×-Schwingungsamplitude pulsiert mit der Polpassierfrequenz
- Drehzahlschwankung: Leichte zyklische Drehzahlpendelung mit der Polpassierfrequenz
Der Schweregrad wird anhand der Amplitudendifferenz (in dB) zwischen der Netzfrequenzspitze und den Polpassier-Seitenbändern im Stromspektrum beurteilt.
Sowohl elektrische als auch mechanische Unwucht erzeugen Schwingungen bei oder nahe der 1× Wellendrehzahl. Die wichtigsten Unterscheidungstests:
- Abschalttest: Stromversorgung abschalten und beobachten. Bricht die Schwingung im Moment des Abschaltens schlagartig zusammen, ist die Ursache elektrisch. Klingt sie langsam mit der Auslaufdrehzahl ab, ist sie mechanisch.
- Frequenzauflösung: Elektrisch bedingte Spitzen liegen exakt bei der Netzfrequenz oder 2× Netzfrequenz. Mechanische Unwucht tritt exakt bei der Wellendrehfrequenz auf.
- Seitenbänder: Elektrische Fehler zeigen Seitenbänder im Abstand der Schlupffrequenz oder Polpassierfrequenz um Harmonische der Netzfrequenz.
Die Schlupffrequenz ist die elektrische Frequenz, die der Differenz zwischen Synchrondrehzahl und tatsächlicher Rotordrehzahl entspricht:
fslip = s × fline
wobei s = (Ns − N) / Ns
Schlupf ist für die Drehmomentbildung in Asynchronmotoren unverzichtbar — ohne Schlupf wird im Rotor kein Strom induziert. Typische Volllast-Schlupfwerte:
- Große Motoren (>100 kW): 1–2%
- Mittlere Motoren (10–100 kW): 2–4%
- Kleine Motoren (<10 kW): 3–5%
Systematisches Vorgehen zur Bestimmung der Fehlerursache:
- Schritt 1 — Abschalttest: Sofort verschwindende Schwingung = elektrische Ursache
- Schritt 2 — Frequenzanalyse: Spitzen bei exakten Vielfachen der Netzfrequenz = elektrisch; Spitzen bei Vielfachen der Wellendrehzahl = mechanisch
- Schritt 3 — Seitenbandanalyse: Schlupfbezogene Seitenbänder = elektrischer Rotorfehler; Überrollfrequenzen = mechanischer Lagerschaden
- Schritt 4 — Motorstromanalyse: MCSA nutzen, um Rotorstabbrüche, Exzentrizität oder Statorfehler unabhängig von der Schwingung zu identifizieren
- Schritt 5 — Phasenanalyse: Elektrische 2×-Netzfrequenzschwingungen sind typischerweise an allen Messpunkten gleichphasig; mechanische Unwucht zeigt eine Phasenverschiebung zwischen den Messrichtungen
Die auf dieser Seite beschriebenen Verfahren wurden vom Vibromera-Team entwickelt und im Praxiseinsatz getestet, unter Verwendung des Balanset-1A, eines tragbaren Zweikanal-Auswuchtgeräts und Schwingungsanalysators für die Vor-Ort-Rotorauswuchtung.
Professionelle Schwingungsanalysegeräte für Motordiagnose, Feldauswuchtung und Zustandsüberwachung. Im Einsatz in über 50 Ländern.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko ist Schwingungsanalyse-Ingenieur sowie Gründer und Geschäftsführer von Vibromera. Seit mehr als 15 Jahren wuchtet er rotierende Maschinen direkt vor Ort aus statt auf dem Prüfstand: Mulchgeräte, Industrieventilatoren, Brecher, Zentrifugen, Wellen und Spindeln. Aus dieser Arbeit sind die Balanset-Geräte entstanden — sie wurden als Werkzeug konzipiert, das ein Fachmann zur Maschine mitnehmen und dort allein einsetzen kann, nicht als Laborausrüstung. Vibromera wurde 2017 gegründet und hat seinen Sitz seit 2023 in Porto, Portugal. Entwicklung, Montage und Support der Balanset-Reihe finden hier statt. Das Flaggschiffgerät ist das Balanset-1A, ein tragbares Analysegerät für ein- und zweiebeniges Auswuchten sowie für Schwingungsdiagnose. Nikolai ist persönlich in den Kundensupport eingebunden, arbeitet schwierige Auswuchtfälle durch und ist an der Softwareentwicklung beteiligt. Er arbeitet mit Kunden weltweit, in jeder Sprache.
