Poldurchgangsfrequenz verstehen
Poldurchgangsfrequenz (PPF, in manchen Zusammenhängen auch als „Nutdurchgangsfrequenz“ bezeichnet) ist die Vibration Frequenz, die in einem Wechselstrommotor entsteht, wenn der Rotor die feststehenden Magnetpole des Stators passiert. Sie berechnet sich aus der Anzahl der Statorpole multipliziert mit der Rotordrehzahl: PPF = (Anzahl der Pole × U/min) / 60. Durch das Vorbeilaufen an den Polen entstehen elektromagnetische Kräfte, die Schwingungen erzeugen, und diese Schwingungen werden erheblich verstärkt, wenn der Motor Luftspalt Exzentrizität oder ein Ausrichtungsproblem zwischen Rotor und Stator. Aus diesem Grund ist PPF eines der nützlichsten Werkzeuge zur Unterscheidung elektrische Störungen von rein mechanischen.
PPF ist diagnostisch von Bedeutung, da eine erhöhte Amplitude bei dieser Frequenz in Verbindung mit ihrer Seitenbänder, deutet eindeutig auf ein elektromagnetisches Problem hin – einen exzentrischen Rotor, einen ungleichmäßigen Luftspalt oder eine dynamische Rotor-Stator-Wechselwirkung – und nicht auf Unwucht oder Fehlausrichtung. Bei korrekter Auswertung gibt dies dem Techniker Aufschluss darüber, ob er den Motor öffnen oder an einer anderen Stelle im Maschinenstrang nachsehen soll.
1. Berechnung der Polpassfrequenz
Die Grundformel
- PPF = P × N / 60
- wobei P = Polzahl,
- N = tatsächliche Rotordrehzahl in U/min,
- und das Ergebnis wird in Hz angegeben.
Note that N ist die tatsächlich Wellen-Drehzahl, nicht die Synchrondrehzahl des Feldes. Ein Asynchronmotor läuft aufgrund Beleg… daher führt die Verwendung der Nenn-Synchrondrehzahl zu einem kleinen, aber realen Fehler. Wenn Sie die Betriebsdrehzahl schnell in eine Reihe von Ordnungen umrechnen müssen, bietet unser Harmonischenfrequenzrechner rechnet Drehzahl (RPM) in Hz um, und zwar über einen Bereich von 1 bis 10, und die Rechner für elektrische Motorfehlerfrequenz stellt die elektromagnetischen Frequenzen nebeneinander dar.
Durchgerechnete Beispiele
4-poliger Motor bei 1750 U/min (60-Hz-Netz):
- PPF = 4 × 1750 / 60 = 116,7 Hz
- Diese Komponente wird in der Schwingung auftreten Spektrum.
- Seitenbänder bei ±1× der Laufgeschwindigkeit (±29,2 Hz) sind ein Anzeichen für eine Exzentrizität.
6-poliger Motor bei 970 U/min (50-Hz-Netz):
- PPF = 6 × 970 / 60 = 97 Hz
- Dies liegt nahe bei der doppelten Netzfrequenz (100 Hz) und kann sich mit dieser überschneiden.
- Um die beiden voneinander zu unterscheiden, ist möglicherweise eine sorgfältige, hochauflösende Spektralanalyse.
2. Der physikalische Mechanismus
Wie die elektromagnetische Kraft entsteht
Der Ablauf, der zur Entstehung von PPF führt, ist einfach:
- Die Statorwicklungen erzeugen ein Magnetfeld, das sich mit Synchrondrehzahl dreht.
- Dieses Feld ist in Magnetpole angeordnet, die einem N–S–N–S-Muster folgen.
- Der Rotor, der aufgrund des Schlupfs etwas langsamer läuft, zieht an jedem dieser Pole vorbei.
- Jeder Poldurchgang übt eine magnetische Kraft auf den Rotor aus.
- With P Pole, der Rotor spürt P Kraftimpulse pro Umdrehung.
- Die Frequenz dieser Schwingungen beträgt daher P × Rotordrehzahl = PPF.
Gleichmäßiger Luftspalt – ein gesunder Motor
- Der Rotor ist in der Statorbohrung zentriert.
- Der Luftspalt ist über den gesamten Umfang hinweg gleichmäßig.
- Die Magnetkräfte sind ausgeglichen und heben sich gegenseitig auf.
- Die Schwingungen des PPF weisen daher eine sehr geringe Amplitude auf.
Exzentrischer Luftspalt – ein defekter Motor
- Der Rotor sitzt außermittig Lagerverschleiß, a gebogene Welleoder ein Herstellungsfehler.
- Der Luftspalt ist auf der einen Seite kleiner und auf der gegenüberliegenden Seite größer.
- Die Magnetkräfte geraten aus dem Gleichgewicht – sie sind dort stärker, wo der Spalt kleiner ist.
- Am Punkt PPF entsteht eine radiale Nettokraft, ein Effekt, der in engem Zusammenhang steht mit einseitiger magnetischer Zug.
- Die PPF-Amplitude steigt an und es bilden sich Seitenbänder.
3. Seitenbänder und Diagnosemuster
Statische Exzentrizität
Hier ist die Rotormitte versetzt, bleibt aber relativ zum Stator stationär:
- Muster: PPF mit Seitenbändern bei ±1× der Laufgeschwindigkeit.
- Beispiel: PPF ± fr, where fr ist die Rotordrehzahl.
- Ursache: Lagerverschleiß, eine verbogene Welle oder ein verbogener Rotor Exzentrizität.
- Amplitude: Die Seitenbandamplitude gibt Aufschluss über den Grad der Exzentrizität.
Dynamische Exzentrizität
Hier umkreist der Rotormittelpunkt den Statormittelpunkt bzw. wirbelt um ihn herum:
- Muster: PPF mit komplexer Seitenbandstruktur.
- Ursachen: rotor-to-stator reiben or bearing Lockerheit.
- More severe: Dies deutet eher auf eine aktive, dynamische Interaktion als auf einen festen Versatz hin.
Gemischte Exzentrizität
- Eine Kombination aus statischen und dynamischen Effekten.
- Dies ist der häufigste Zustand, der bei echten Motoren anzutreffen ist.
- Es erzeugt komplexe Seitenbandmuster.
- Um dies richtig zu interpretieren, ist eine sorgfältige Analyse erforderlich.
4. Diagnostische Interpretation
Die Amplitude bei PPF lässt sich am besten als Kontinuum betrachten, zusammen mit der Stärke ihrer Seitenbänder:
Geringe PPF-Amplitude (unter 0,5 mm/s)
- Ein normaler Zustand.
- Ein gleichmäßiger Luftspalt und eine gute Konzentrizität von Rotor und Stator.
- Es sind keine Korrekturmaßnahmen erforderlich.
Mäßige PPF (0,5–2,0 mm/s)
- Leichte Ungleichmäßigkeit des Luftspalts.
- Beobachten Sie die Entwicklung und überprüfen Sie den Zustand der Lager.
- Überprüfen Sie die Rotorposition, sofern diese zugänglich ist.
- Nicht unmittelbar kritisch, erfordert jedoch Aufmerksamkeit.
Hohe PPF (über 2,0 mm/s)
- Erhebliche Exzentrizität oder ein Problem mit dem Luftspalt.
- Es sind starke Seitenbänder vorhanden.
- Es besteht die Gefahr eines Kontakts zwischen Rotor und Stator.
- Zunehmende elektromagnetische Kräfte, die Schäden beschleunigen.
- Planen Sie eine Reparatur oder einen Austausch.
In der Praxis beurteilt der Analytiker den PPF selten isoliert. Ein tragbarer Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A, das an den Lagergehäusen eingesetzt wird, erfasst das Spektrum und löst die Seitenbänder um den PPF auf – und, was ebenso wichtig ist, bestätigt, ob es sich bei der dominierenden Komponente um eine elektromagnetische Signatur oder um den einfachen 1×-Peak eines mechanischen Defekts handelt. Diese Unterscheidung entscheidet über alles, was folgt: Eine elektromagnetische Signatur führt Sie ins Innere des Motors, während ein klarer 1×-Peak, der in dem Moment verschwindet, in dem die Stromzufuhr unterbrochen wird, auf Unwucht können Sie korrigieren, indem Sie Feldauswuchten den Rotor an seinem Platz.
5. Zusammenhang mit anderen Motorfrequenzen
PPF ist nur eine Frequenzkomponente in einem dicht besetzten Motorspektrum, und zu erkennen, wo sie im Vergleich zu den benachbarten Linien liegt, ist schon die halbe Miete. Eine typische Hierarchie für einen 4-poligen Motor mit 1750 U/min bei einer Netzfrequenz von 60 Hz sieht wie folgt aus:
- Running speed (1×): etwa 29 Hz.
- Schlupffrequenz: in der Regel 1–3 Hz.
- Netzfrequenz: 50 oder 60 Hz.
- PPF: P × Drehzahl – hier etwa 117 Hz.
- 2× Netzfrequenz: 100 oder 120 Hz.
- Rotornuten-Passierfrequenz: Anzahl der Rotorstäbe × Drehzahl.
Der enge Abstand der PPF, die doppelte Netzfrequenz und die höheren Ordnungen Obertöne der Drehzahl genau der Grund ist, warum elektromagnetische Störungen so leicht verwechselt werden – und warum die Seitenbandstruktur, nicht nur die Amplitude, der entscheidende Hinweis ist. Bleibt das Bild unklar, ist das Abschalten der Stromversorgung der entscheidende Test: Eine elektromagnetische Komponente verschwindet sofort mit dem Feld, während eine mechanische Komponente erst mit dem Auslaufen des Rotors abklingt.
6. Korrekturmethoden
Für mechanische Exzentrizität
- Ersetzen Sie abgenutzte Lager, um die richtige Rotorzentrierung wiederherzustellen
- Beheben Sie die Verbiegung der Welle oder tauschen Sie den Rotor aus.
- Bringen Sie den Rotor wieder an, wenn es sich bei dem Fehler um einen Montagefehler handelt.
- Überprüfen Sie die Ausrichtung der Endglocke und den festen Sitz der Schrauben.
Für fertigungsbedingte Exzentrizität
- In schweren Fällen kann es erforderlich sein, den Rotor oder Stator neu zu bohren.
- Ersetzen Sie den Motor, sofern dies wirtschaftlich vertretbar ist.
- Akzeptieren Sie den Zustand, sofern die Vibrationen innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben.
- Dokumentieren Sie dies als Ausgangsbasis für zukünftige Vergleiche.
Bei Problemen mit dem Luftspalt
- Den Zustand des Lagers prüfen und bei Verschleiß austauschen.
- Überprüfen Sie die axiale Position des Rotors.
- Auf Verformungen des Rahmens oder Probleme mit den Endkappen prüfen.
- Messen Sie den tatsächlichen Luftspalt an der Stelle, an der er zugänglich ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Polpassfrequenz eine motorspezifische Schwingungskomponente ist, die Aufschluss über die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Rotor und Stator sowie über die Gleichmäßigkeit des Luftspalts gibt. Wer ihre Berechnung beherrscht, ihre Seitenbandmuster erkennt und ihre Amplitudenverläufe interpretieren kann, ist in der Lage, elektromagnetische Fehler sicher zu diagnostizieren – und Wartungsmaßnahmen gezielt an der richtigen Stelle durchzuführen, anstatt einer mechanischen Ursache hinterherzujagen, die gar nicht vorliegt.
