Was ist die Schlupffrequenz? Motordiagnoseparameter • Tragbares Auswuchtgerät, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Förderschnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist die Schlupffrequenz? Motordiagnoseparameter • Tragbares Auswuchtgerät, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Förderschnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist Schlupffrequenz? Motordiagnoseparameter

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Schlupffrequenz bei Induktionsmotoren verstehen

Definition: Was ist die Schlupffrequenz?

Schlupffrequenz Die Schlupffrequenz ist die Differenz zwischen der Synchrondrehzahl (der Drehzahl des rotierenden Magnetfelds) und der tatsächlichen Rotordrehzahl eines Induktionsmotors, angegeben in Hz. Sie beschreibt, wie schnell das Magnetfeld an den Rotorleitern vorbeigleitet und so den Strom induziert, der das Motordrehmoment erzeugt. Die Schlupffrequenz ist grundlegend für den Betrieb von Induktionsmotoren und von entscheidender Bedeutung für die Motordiagnose, da sie den Seitenbandabstand in den Schwingungs- und Stromsignaturen bestimmt. Rotorstabdefekte.

Die Schlupffrequenz liegt bei Motoren unter Normallast typischerweise im Bereich von 0,5–3 Hz, steigt mit zunehmender Last und liefert ein indirektes Maß für die Motorbelastung. Das Verständnis der Schlupffrequenz ist für die Interpretation von Motordaten unerlässlich. Vibration Spektren und Diagnose elektromagnetischer Fehler.

Wie der Schlupf in Induktionsmotoren funktioniert

Das Induktionsprinzip

Induktionsmotoren arbeiten durch elektromagnetische Induktion:

  1. Statorwicklungen erzeugen ein rotierendes Magnetfeld bei synchroner Geschwindigkeit
  2. Das Magnetfeld dreht sich etwas schneller als der Rotor.
  3. Die Relativbewegung zwischen Feld- und Rotorstäben induziert einen Strom im Rotor.
  4. Der induzierte Strom erzeugt ein Rotormagnetfeld
  5. Die Wechselwirkung zwischen Stator- und Rotorfeldern erzeugt ein Drehmoment
  6. Wichtigster Punkt: Wenn der Rotor die Synchrondrehzahl erreichen würde, gäbe es keine Relativbewegung, keine Induktion und kein Drehmoment.

Warum ein Slip notwendig ist

  • Der Rotor muss langsamer als die Synchrondrehzahl laufen, damit Induktion stattfinden kann.
  • Je größer der Schlupf, desto höher der induzierte Strom und desto höher das erzeugte Drehmoment.
  • Im Leerlauf: minimaler Schlupf (~1%)
  • Bei Volllast: höherer Schlupf (typisch 3-5%)
  • Schlupf ermöglicht es dem Motor, das Drehmoment automatisch an die Last anzupassen.

Berechnung der Schlupffrequenz

Formel

  • fs = (Nsync – Nactual) / 60
  • wobei fs = Schlupffrequenz (Hz)
  • Nsync = Synchrondrehzahl (U/min)
  • Nactual = tatsächliche Rotordrehzahl (U/min)

Alternative Verwendung des Schlupfprozentsatzes

  • Schlupf (%) = [(Nsync – Nactual) / Nsync] × 100
  • fs = (Slip% × Nsync) / 6000

Beispiele

4-poliger 60-Hz-Motor im Leerlauf

  • Nsync = 1800 U/min
  • Tatsächliche Drehzahl = 1795 U/min (bei geringer Last)
  • fs = (1800 – 1795) / 60 = 0,083 Hz
  • Schlupf = 0,3%

Derselbe Motor unter Volllast

  • Nsync = 1800 U/min
  • Tatsächliche Drehzahl = 1750 U/min (Nenndrehzahl)
  • fs = (1800 – 1750) / 60 = 0,833 Hz
  • Schlupf = 2,8%

2-poliger 50-Hz-Motor

  • Nsync = 3000 U/min
  • Tatsächliche Drehzahl = 2950 U/min
  • fs = (3000 – 2950) / 60 = 0,833 Hz
  • Schlupf = 1,7%

Schlupffrequenz in der Schwingungsdiagnostik

Seitenbandabstand für Rotorstabdefekte

Der wichtigste diagnostische Nutzen der Schlupffrequenz:

  • Muster: Seitenbänder um die 1-fache Laufgeschwindigkeit bei ±fs, ±2fs, ±3fs
  • Beispiel: 1750 U/min Motor (29,2 Hz) mit fs = 0,83 Hz
  • Seitenbänder bei: 28,4 Hz, 29,2 Hz, 30,0 Hz, 27,5 Hz, 30,8 Hz usw.
  • Diagnose: Diese Seitenbänder deuten auf gebrochene oder gerissene Rotorstäbe hin.
  • Amplitude: Die Seitenbandamplitude gibt die Anzahl und Schwere der gebrochenen Stäbe an.

Aktuelle Signaturanalyse

In Motorstromspektren:

  • Rotorstabdefekte erzeugen Seitenbänder um die Netzfrequenz.
  • Muster: fline ± 2fs (Hinweis: 2× Schlupffrequenz, nicht 1×)
  • Für einen 60-Hz-Motor mit 1 Hz Schlupf: 58-Hz- und 62-Hz-Seitenbänder
  • Bestätigt die Rotorstabdiagnose anhand der Vibrationsanalyse.

Schlupf als Lastanzeiger

Der Schlupf variiert mit der Belastung

  • Keine Last: 0,2-1% Schlupf (0,1-0,5 Hz für typische Motoren)
  • Halbe Ladung: 1-2% Schlupf (0,5-1,0 Hz)
  • Volllast: 2-5% Schlupf (1-2,5 Hz)
  • Überlast: > 5% Schlupf (> 2,5 Hz)
  • Start: 100% Schlupf (Schlupffrequenz = Netzfrequenz)

Belastungsbeurteilung mittels Schlupf

  • Messen Sie die tatsächliche Motordrehzahl genau
  • Berechnen Sie den Schlupf aus der Synchrondrehzahldifferenz.
  • Vergleichen Sie mit dem Nennschlupf bei Volllast gemäß Typenschild.
  • Schätzen Sie den Prozentsatz der Motorbelastung.
  • Nützlich, wenn keine direkte Leistungsmessung möglich ist.

Faktoren, die das Gleiten beeinflussen

Designfaktoren

  • Rotorwiderstand: Höherer Widerstand = mehr Rutschen
  • Motorkonstruktionsklasse: Die NEMA-Konstruktion beeinflusst die Gleiteigenschaften
  • Stromspannung: Eine niedrigere Spannung erhöht den Schlupf bei gegebener Last

Betriebsbedingungen

  • Lastmoment: Hauptfaktor für das Gleiten
  • Versorgungsspannung: Unterspannung erhöht den Schlupf
  • Frequenzvariation: Schwankungen der Versorgungsfrequenz beeinflussen den Schlupf
  • Temperatur: Die Erwärmung des Rotors erhöht den Widerstand und damit den Schlupf.

Motorzustand

  • Gebrochene Rotorstäbe erhöhen den Schlupf (und damit die effektive Drehmomenterzeugung).
  • Probleme mit der Statorwicklung können den Schlupf beeinflussen.
  • Lagerprobleme erhöhen die Reibung und erhöhen den Schlupf geringfügig

Messmethoden

Direkte Geschwindigkeitsmessung

  • Verwenden Sie Drehzahlmesser oder mit einem Stroboskop zur Messung der tatsächlichen Drehzahl
  • Die Synchrondrehzahl entnehmen Sie dem Typenschild des Motors (Polzahl und Frequenz).
  • Schlupf berechnen: fs = (Nsync – Nactual) / 60
  • Genaueste Methode

Aus dem Schwingungsspektrum

  • Identifizieren Sie präzise die maximale Laufgeschwindigkeit (1×).
  • Berechnen Sie die Laufgeschwindigkeit aus 1 × Frequenz
  • Ermitteln Sie den Schlupf aus der Synchrondrehzahldifferenz.
  • Erfordert eine hochauflösende FFT

Aus dem Seitenbandabstand

  • Wenn Rotorstabdefekt-Seitenbänder vorhanden sind
  • Abstand zwischen den Seitenbändern messen
  • Abstand = Schlupffrequenz direkt
  • Praktisch, setzt aber das Vorhandensein eines Defekts voraus.

Praktische diagnostische Anwendung

Normale Schlupfwerte

  • Dokumentieren Sie den Basisschlupf bei verschiedenen Lasten für jeden Motor.
  • Typischer Schlupf bei Volllast: 1-3% (siehe Typenschild)
  • Schlupf > Nennwert kann auf Überlastung oder Motorproblem hinweisen.
  • Beleg < erwartet bei gegebener Last kann auf einen elektrischen Fehler hinweisen

Anomale Gleitindikatoren

  • Übermäßiges Rutschen: Motor überlastet, Rotorstäbe gebrochen, hoher Rotorwiderstand
  • Variabler Schlupf: Lastschwankungen, Instabilität der Stromversorgung
  • Geringer Schlupf unter Last: Möglicherweise ein Statorproblem oder ein Spannungsproblem.

Die Schlupffrequenz ist für den Betrieb und die Diagnose von Induktionsmotoren von grundlegender Bedeutung. Sie dient als Seitenbandabstand zur Erkennung von Rotorstabfehlern und als Indikator für die Motorbelastung und liefert somit wichtige Informationen zur Zustandsbewertung des Motors. Die genaue Bestimmung der Schlupffrequenz ermöglicht die korrekte Interpretation der Motorschwingungs- und Stromsignaturen und hilft, Normalbetrieb von Fehlerzuständen zu unterscheiden.

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