Qu'est-ce que la fréquence électrique ? Fréquence de ligne dans les moteurs • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors. Qu'est-ce que la fréquence électrique ? Fréquence de ligne dans les moteurs • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors.

Qu'est-ce que la fréquence électrique ? Fréquence de ligne dans les moteurs

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Comprendre la fréquence électrique dans les moteurs

Définition : Qu'est-ce que la fréquence électrique ?

Fréquence électrique (également appelée fréquence de ligne, fréquence du réseau ou fréquence d'alimentation) est la fréquence du courant alternatif (CA) fourni aux moteurs électriques et autres équipements électriques. Les deux fréquences électriques standard mondiales sont 60 Hz (Hertz) en Amérique du Nord, dans certaines régions d'Amérique du Sud et dans certains pays d'Asie, et 50 Hz en Europe, dans la majeure partie de l'Asie, en Afrique et en Australie. Cette fréquence détermine la vitesse de synchronisme des moteurs CA et crée des forces électromagnétiques caractéristiques. vibration composants à des multiples de la fréquence de ligne.

Dans le moteur analyse des vibrations, la fréquence électrique et ses harmoniques (en particulier la fréquence de ligne 2×) sont des indicateurs de diagnostic importants pour les problèmes électromagnétiques, les problèmes de stator et les irrégularités de l'entrefer.

Relation avec la vitesse du moteur

Calcul de la vitesse synchrone

Pour les moteurs à induction à courant alternatif, la vitesse synchrone est déterminée par la fréquence électrique :

  • Nsynchronisation = (120 × f) / P
  • Où Nsynchronisation = vitesse synchrone (RPM)
  • f = fréquence électrique (Hz)
  • P = nombre de pôles du moteur

Vitesses de moteur courantes

Pour les systèmes 60 Hz

  • Moteur à 2 pôles : 3 600 tr/min synchrone (réel ~ 3 550 tr/min avec glissement)
  • Moteur à 4 pôles : 1800 tr/min synchrone (réel ~1750 tr/min)
  • Moteur à 6 pôles : 1200 tr/min synchrone (réel ~1170 tr/min)
  • Moteur à 8 pôles : 900 tr/min synchrone (réel ~ 875 tr/min)

Pour les systèmes 50 Hz

  • Moteur à 2 pôles : 3000 tr/min synchrone (réel ~2950 tr/min)
  • Moteur à 4 pôles : 1500 tr/min synchrone (réel ~1450 tr/min)
  • Moteur à 6 pôles : 1000 tr/min synchrone (réel ~970 tr/min)
  • Moteur à 8 pôles : 750 tr/min synchrone (réel ~ 730 tr/min)

Fréquence de glissement

La différence entre la vitesse synchrone et la vitesse réelle :

  • Fréquence de glissement (fs) = (Nsynchronisation – Nréel) / 60
  • Glissement typique : 1-5% de vitesse synchrone
  • Fréquence de glissement généralement de 1 à 3 Hz
  • Dépend de la charge : le glissement augmente avec la charge
  • Important pour diagnostiquer les défauts électriques du rotor

Composants de vibrations électromagnétiques

2× Fréquence de ligne (le plus important)

La composante dominante des vibrations électromagnétiques :

  • Systèmes 60 Hz : 2 × 60 = composante de vibration de 120 Hz
  • Systèmes 50 Hz : 2 × 50 = composante de vibration de 100 Hz
  • Cause: Les forces magnétiques entre le stator et le rotor pulsent à une fréquence deux fois supérieure à celle de la ligne
  • Toujours présent : Caractéristique normale de tous les moteurs à courant alternatif (faible amplitude normale)
  • Amplitude élevée : Indique des problèmes de stator, des problèmes d'entrefer ou un déséquilibre magnétique

Fréquence de ligne (1×f)

  • Composante 50 Hz ou 60 Hz
  • Amplitude généralement inférieure à 2×f
  • Peut indiquer un déséquilibre de la tension d'alimentation
  • Peut apparaître avec des défauts d'enroulement du stator

Harmoniques supérieures

  • 4×f, 6×f, etc. (240 Hz, 360 Hz pour les systèmes 60 Hz)
  • Peut indiquer des problèmes d'enroulement ou des problèmes de laminage du noyau
  • Amplitude généralement faible dans les moteurs sains

Importance diagnostique

Amplitude normale 2×f

  • Typiquement < 10% de 1× (vitesse de fonctionnement) vibration
  • Relativement constant dans le temps
  • Présent dans toutes les directions mais souvent plus fort radialement

Un 2×f élevé indique des problèmes

Problèmes d'enroulement du stator

  • Courts-circuits entre spires, déséquilibre de phase
  • amplitude 2×f augmentant avec le temps
  • Peut s'accompagner d'une augmentation de la température
  • Déséquilibre de courant mesurable entre les phases

Excentricité de l'entrefer

  • Entrefer non uniforme dû à l'excentricité du rotor ou à l'usure des roulements
  • Crée une attraction magnétique déséquilibrée
  • 2×f et fréquences de passage des pôles élevées
  • Combinaison d'effets mécaniques et électromagnétiques

Pied mou ou résonance du cadre

  • Si la fréquence naturelle du châssis du moteur est proche de 2×f
  • La résonance structurelle amplifie les vibrations électromagnétiques
  • Les vibrations du cadre sont bien plus élevées que celles des roulements
  • Corrigible par raidissement structurel ou amortissement du cadre

Variateurs de fréquence (VFD)

Effets du VFD sur la fréquence électrique

  • Les VFD créent une fréquence de sortie variable (0 à 120 Hz typique)
  • Vitesse du moteur proportionnelle à la fréquence de sortie du VFD
  • Toutes les fréquences électromagnétiques sont mises à l'échelle avec la fréquence de sortie du VFD
  • La commutation PWM crée des composants haute fréquence supplémentaires

Problèmes de vibrations spécifiques aux variateurs de fréquence

  • Fréquences de commutation : Composants de la gamme kHz issus de la commutation PWM
  • Courants porteurs : Les courants à haute fréquence peuvent endommager les roulements
  • Vibration de torsion : Pulsations de couple à différentes fréquences
  • Excitation par résonance : La vitesse variable peut balayer les résonances

Exemples de diagnostic pratique

Cas 1 : Vibration élevée 2×f

  • Symptôme: Moteur 4 pôles, 60 Hz (1750 tr/min) avec vibration 120 Hz = 6 mm/s
  • Analyse: 120 Hz bien supérieur à 1× la vibration de la vitesse de fonctionnement (2 mm/s)
  • Diagnostic: Problème d'enroulement du stator ou excentricité de l'entrefer
  • Confirmation: L'imagerie thermique montre un point chaud dans le stator et un déséquilibre de courant mesuré
  • Action: Rembobiner ou remplacer le moteur

Cas 2 : Bandes latérales autour de la vitesse de course

  • Symptôme: Pics à 1× ± 2 Hz (fréquence de glissement)
  • Diagnostic: Barres de rotor cassées
  • Confirmation: MCSA montre le même motif de bande latérale dans le courant
  • Progression: Surveiller la croissance de l'amplitude pour planifier le remplacement

Suivi des meilleures pratiques

Configuration de l'analyse spectrale

  • Assurez-vous que Fmax (fréquence maximale) > 500 Hz pour capturer 2×f et les harmoniques
  • Résolution adéquate pour séparer les bandes latérales rapprochées (< 0,5 Hz de résolution pour l'analyse de fréquence de glissement)
  • Mesurer dans plusieurs directions (horizontale, verticale, axiale)

Établissement de la ligne de base

  • Enregistrez une amplitude de 2 × f lorsque le moteur est neuf ou fraîchement rembobiné
  • Établir des niveaux normaux pour chaque type de moteur dans l'installation
  • Définir des limites d'alarme (généralement 2 à 3 × la ligne de base pour 2 × f)

Paramètres de tendance

  • Amplitude et tendance de la fréquence de ligne 2×
  • Composantes de fréquence de passage des pôles
  • Amplitudes et modèles de bandes latérales
  • Niveaux de vibration globaux
  • Indicateurs d'état des roulements

La fréquence électrique est fondamentale pour comprendre le fonctionnement et le diagnostic des moteurs à courant alternatif. Reconnaître les composantes de fréquence du secteur (notamment 2×f) dans les spectres vibratoires et comprendre leur relation avec les phénomènes électromagnétiques permet de différencier les défauts mécaniques et électriques des moteurs, et d'orienter les diagnostics et les mesures correctives appropriés.

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