Mootorite elektrilise sageduse mõistmine
Elektriline sagedus — mida nimetatakse ka võrgusageduseks, toitesageduseks või elektrisageduseks — on elektrimootoritele ja muudele elektriseadmetele tarnitava vahelduvvoolu sagedus. Maailmas domineerivad kaks standardit: 60 Hz Põhja-Ameerikas, osades Lõuna-Ameerika riikides ja mõnes Aasia riigis ning 50 Hz kogu Euroopas, enamikus Aasias, Aafrikas ja Austraalias. See üks number määrab iga toiteallikaga ühendatud vahelduvvoolumootori sünkroonkiiruse ning tekitab elektromagnetiliste jõudude kogumi — ja seega vibratsioon komponendid — võrgu sageduse kordsetel sagedustel.
Mootoris vibratsioonianalüüs, võrgusagedus ja selle harmoonilised, eriti kahekordne võrgusagedus (2×f), on peamised diagnostilised näitajad elektromagnetiliste probleemide, staatori rikete ja õhupilu ebaregulaarsuste tuvastamiseks. Just nende õige tõlgendamine võimaldab analüütikul eristada elektrilist riket mehaanilisest samas spekter.
1. Seos mootori pöörlemiskiirusega
Sünkroonne kiirus
Vahelduvvoolu induktsioonimootori puhul sõltub pöörleva magnetvälja sünkroonkiirus võrgusagedusest ja pooluste arvust:
Nsünkroonimine = (120 × f) / P — kus Nsünkroonimine on sünkroonkiirus pööretes minutis (RPM), f on elektriline sagedus hertsides (Hz) ja P on pooluste arv.
The actual töökiirus ei ole kunagi täiesti sünkroonne, sest induktsioonimootor peab pöördemomendi tekitamiseks libisema.
Tavalised mootori pöörlemiskiirused
On a 60 Hz Toiteallika sünkroonkiirused on 2-pooluselisel mootoril 3600 p/min (töörežiimis umbes 3550 p/min), 4-pooluselisel 1800 p/min (umbes 1750 p/min), 6-pooluselisel 1200 p/min (umbes 1170 p/min) ja 8-pooluselisel 900 p/min (töös umbes 875 p/min). 50 Hz samade poolide arvu korral on pöörlemiskiirus 3000 p/min (tegelikult umbes 2950 p/min), 1500 p/min (umbes 1450), 1000 p/min (umbes 970) ja 750 p/min (umbes 730). mootori libisemise ja tegeliku pöörlemiskiiruse kalkulaator muudab nimetähe ja mõõdetud kiiruse otse nendeks arvudeks.
Libisemissagedus
Sünkroonse ja tegeliku kiiruse vahe määrab libisemissagedus:
fs = (Nsünkroonimine - Ntegelik) / 60
- Tüüpiline libisemine on 1–5% sünkroonsest kiirusest.
- Saadud libisemissagedus on tavaliselt vaid 1–3 Hz.
- See sõltub koormusest – libisemine suureneb, kui mootor töötab suurema koormusega.
- See on rotori elektriliste rikete diagnoosimisel keskse tähtsusega, kuna rotori mähisvarraste rikked mõjutavad vibratsiooni pooluste vahekauguse sagedusel, mis on libisemine korrutatud pooluste arvuga.
2. Elektromagnetilised vibratsioonikomponendid
Kahekordne võrgusagedus (domineeriv komponent)
Kõige olulisem elektromagnetiline komponent asub sagedusel 2×f – 120 Hz 60 Hz toitepinge korral ja 100 Hz 50 Hz toitepinge korral. See tekib seetõttu, et staatori ja rootori vaheline magnetiline tõmme pulseerib kaks korda ühe elektritsükli jooksul. Iga vahelduvvoolumootoris on selle esinemine väikeses koguses normaalne, seega ei ole selle olemasolu iseenesest rike; kõrgenenud ja kasvav 2×f näitab aga staatoriprobleemid, an uneven õhuvahevõi magnetiline tasakaalutus.
Võrgusagedus (1×f)
Võrgusagedusel – 50 või 60 Hz – esineva komponendi amplituud on tavaliselt väiksem kui 2×f. See võib viidata toitepinge tasakaalustamatuse olemasolule ja kaasneda staatori mähise riketega.
Kõrgemad harmoonilised
Komponendid sagedustel 4×f, 6×f ja kõrgemal (240 Hz, 360 Hz 60 Hz süsteemis) on tervel mootoril tavaliselt madalad. Kui need suurenevad, võib see viidata mähise- või südamiku lamellide probleemidele.
3. Diagnoosiline tähtsus
Tavaline 2×f amplituud
Heli mootoris on 2×f komponent tavaliselt alla 10% 1×f-st jooksukiirus tase püsib aja jooksul suhteliselt muutumatuna ja on nähtav kõikides suundades, kuigi on sageli tugevaim radiaalsuunas. Just selle normaalse taseme kindlaksmääramine annab hilisemale tõusule tähenduse.
Kõrgenenud 2×f ja selle tähendus
- Staatori mähise probleemid: faasidevahelised lühised või faaside tasakaalustamatuse tõttu suureneb sagedus aja jooksul 2×f võrra, millega kaasneb sageli temperatuuri tõus ja mõõdetav voolu tasakaalustamatuse faaside vahel.
- Õhupilu eksentrisus: rotorist lähtuv ebaühtlane vahe ekstsentrilisus või laagri kulumine tekitab tasakaalustamatuse magnetiline tõmbejõud, tõstes 2×f ja poolide läbipääsu sagedused koos – mehaaniliste ja elektromagnetiliste mõjude kombinatsioon.
- Jaluse või raami resonants: if a pehme jalg või raami omasagedus lies near 2×f, struktuuriline resonants võimendab elektromagnetilist vibratsiooni; raami vibratsioon ületab seejärel oluliselt laagri vibratsiooni ning lahenduseks on konstruktsiooni jäikuse suurendamine või täiendav summutamine.
4. Sagedusmuundurid
Sagedusmuundur muudab tahtlikult väljundsagedust – tavaliselt vahemikus 0–120 Hz – ning mootori pöörlemiskiirus järgib seda, mistõttu kõik elektromagnetilised sagedused, sealhulgas 2×f ja poolide ülekandekomponendid, muutuvad vastavalt muunduri väljundile, mitte ei püsiks kindlal 50 või 60 Hz tasemel. Sellisel muutlikkusel on praktilised tagajärjed vibratsiooni seisukohalt:
- Lülitussagedused: PWM-kandevlaine lisab põhisagedusele kHz-sagedusvahemiku komponente.
- Laagrite voolud: Kui võlli maandus ei ole nõuetekohane, võivad kõrgsageduslikud voolud tekitada laagritesse süvendid ja sooned.
- Väänvibratsioon: pöördemomendi kõikumised esinevad erinevatel sagedustel.
- Resonantsi ergastamine: muutuv kiirus võib põhjustada struktuurilisi resonantse ja hetkeks vibratsiooni võimendada.
5. Praktilised diagnoosinäited
Juhtum 1 – tugev 2×f vibratsioon
Umbes 1750 p/min kiirusel töötav 4-pooluseline 60 Hz mootor näitab 120 Hz komponenti kiirusel 6 mm/s, mis on tunduvalt kõrgem kui selle 1× töökäigu kiiruse tase (umbes 2 mm/s). Kuna energia on kontsentreerunud pigem kahekordsele võrgusagedusele kui töökäigu kiirusele, viitab see pigem staatori mähise probleemile või õhupilu eksentrilisusele kui mehaanilisele tasakaalutus. Soojuskaamera abil avastatakse seejärel staatoris kuum koht ja mõõdetakse faasidevahelist voolu tasakaalustamatust, mis kinnitab diagnoosi; parandusmeetmena tuleb mootor ümber mähkida või välja vahetada.
Juhtum 2 – jooksukiiruse ümber asuvad külgribad
Piigid ilmnevad sagedusel 1× ± nihkega seotud vahekaugus (mõni Hz), mis on klassikaline tunnusjoon katkised rootorivardad. Mootori voolukarakteristiku analüüs näitab sama külgriba toitevoolu kõikumine ning külgriba amplituudi jälgimine aja jooksul annab piisavalt aega asendamise planeerimiseks. Mõlemad juhtumid kuuluvad laiemasse perekonda elektrilised rikked et vibratsioonianalüüsi on mõistlik eraldada mehaanilistest analüüsidest.
6. Parimate tavade jälgimine
Spectrum setup
Määrake maksimaalne sagedus üle 500 Hz, et analüüs hõlmaks 2×f ja selle harmoonilisi, ning valige piisav eraldusvõime, et eristada tihedalt asetsevaid külgribasid – sageduse nihke analüüsimisel on soovitatav eraldusvõime üle 0,5 Hz. Tehke mõõtmisi horisontaalselt, vertikaalselt ja telje suunas, kuna elektromagnetilised ja mehaanilised komponendid jaotuvad suundade vahel erinevalt.
Võrdlusandmed ja suundumused
Mõõtke 2×f amplituudi väärtus, kui mootor on uus või äsja ümbermähitud, määrake kindlaks iga mootoritüübi normaalväärtused asutuses ja seadke häirepiirid – tavaliselt kaks kuni kolm korda algtaseme 2×f puhul. Seejärel jälgige olulisi parameetreid: 2× liinifrekventsi amplituudi, pool-pass-komponente, külgribade amplituude ja mustreid, üldist vibratsioonitaset ning tavapäraseid laagrite seisundi näitajaid. Jälgides, kuidas need väärtused aja jooksul muutuvad, distsiplineeritud trendianalüüs, on see, mis muudab ühe spektri varajase hoiatuseks.
7. Mõõtmine välitingimustes
Elektrilise ja mehaanilise signaali eristamine algab amplituudi, sageduse ja faas seadme juures. Kahekanaliline kaasaskantav seade, nagu näiteks Balanset-1A salvestab FFT-spektri ja sünkroonse võrdlusandme, mida on vaja nende komponentide täpseks paigutamiseks vastavalt töökäigule ja selle harmoonilistele, aidates selgitada, kas 100 või 120 Hz lähedal asuv piik on elektromagnetilist päritolu või lihtsalt konstruktsioonist tingitud reaktsioon. Ja kui elektriline põhjus on välistatud ning jääk tasakaalutus kui 1× vibratsiooni tegelikku tekitajat, täidab sama instrument põllu tasakaalustamine mis seda parandab – muutes teadmised võrgusageduse kohta töökohal otse rakendatavaks.
Elektriline sagedus on põhitähtis, et mõista vahelduvvoolumootori tööpõhimõtet ja rikkeid. Võrgusageduse komponentide – eelkõige 2×f – äratundmine vibratsioonispektris ning nende taga peituvate elektromagnetiliste nähtuste tundmine võimaldab analüütikul teha olulist vahet mehaaniliste ja elektriliste rikete vahel ning valida õiged diagnostika- ja parandusmeetmed.
