Strumento di ingegneria gratuito #039
Calcolatore della frequenza dei difetti elettrici del motore
Calcola la velocità sincrona, lo slittamento, la frequenza di linea 2×, la frequenza di passaggio dei poli, la frequenza di passaggio delle barre del rotore e le bande laterali diagnostiche per l'analisi del motore elettrico.
Risultati
Velocità sincrona
La velocità sincrona di un motore a induzione CA dipende dalla frequenza di linea e dal numero di poli:
Scorrimento
Lo scorrimento è la differenza tra la velocità sincrona e quella effettiva del rotore, espressa come frazione o percentuale:
Lo scorrimento tipico a pieno carico per i motori a induzione standard è 1–5%.
Frequenza di slittamento
Frequenza di linea 2×
Questa frequenza (100 Hz a 50 Hz di alimentazione, 120 Hz a 60 Hz) è sempre presente nelle vibrazioni del motore a causa del campo magnetico alternato. Una componente 2× di linea elevata indica problemi elettrici: fasi sbilanciate, eccentricità del traferro o guasti agli avvolgimenti dello statore.
Frequenza di passaggio dei poli
La frequenza di passaggio dei poli è un indicatore chiave per l'analisi delle barre rotoriche rotte. Le bande laterali alla frequenza di passaggio dei poli, pari a circa 1× la frequenza di linea negli spettri di corrente (MCSA), sono una classica firma di guasto delle barre rotoriche.
Frequenza di passaggio della barra del rotore
Esempio pratico
Dato: flinea = 50 Hz, Poli = 4, N = 1475 RPM
Ns = 120 × 50 / 4 = 1500 giri/min
s = (1500 - 1475) / 1500 = 1.67%
fscorrimento = 0,0167 × 50 = 0,833 Hz
2× linea = 2 × 50 = 100 Hz
Passaggio dei poli = 2 × s × flinea = 2 × 0.0167 × 50 = 1,67 Hz
⚠️ Nota: La velocità del motore varia in base al carico. Assicurarsi di utilizzare la velocità effettivamente misurata in condizioni operative, non quella nominale. Una misurazione con tachimetro o stroboscopio fornisce i risultati più accurati per i calcoli dipendenti dallo scorrimento.
La doppia frequenza di rete (2FL, 2× frequenza di linea) è pari a 100 Hz nei sistemi a 50 Hz e a 120 Hz nei sistemi a 60 Hz. È la frequenza di vibrazione generata dall'attrazione magnetica alternata nel traferro del motore (il campo magnetico si inverte due volte per ciclo, creando una forza attrattiva a 2× la frequenza di alimentazione).
È sempre presente ad un certo livello nelle vibrazioni dei motori elettrici. Un valore elevato di 2FL può indicare:
- Eccentricità statica dello statore (traferro disuniforme)
- Lamierini statorici in cortocircuito
- Squilibrio delle tensioni di alimentazione o anomalie di fase
- Pacco lamellare statorico allentato o deformazione della carcassa
Le barre rotoriche rotte producono schemi caratteristici sia nello spettro di vibrazione sia nello spettro di corrente:
- Spettro di corrente (MCSA): Bande laterali a fline ± n × fpole pass attorno al picco della frequenza di rete
- Vibrazioni: Frequenza di passaggio delle barre rotoriche con bande laterali a 2× la frequenza di rete
- Modulazione di ampiezza: L'ampiezza della vibrazione 1× oscilla al ritmo della frequenza di passaggio poli
- Oscillazione di velocità: Lieve fluttuazione ciclica della velocità alla frequenza di passaggio poli
La gravità del difetto viene valutata in base alla differenza di ampiezza (in dB) tra il picco alla frequenza di linea e le bande laterali di passaggio poli nello spettro della corrente.
Sia lo squilibrio elettrico sia quello meccanico generano vibrazioni alla velocità di rotazione dell'albero (1×) o molto vicino ad essa. I test principali per distinguerli sono:
- Test di diseccitazione (Power-off): Togliere l'alimentazione elettrica e osservare. Se la vibrazione scompare istantaneamente allo stacco, l'origine è elettrica. Se invece decresce gradualmente con il rallentamento del rotore, è meccanica.
- Precisione in frequenza: I picchi di origine elettrica compaiono esattamente alla frequenza di rete o a 2× la frequenza di rete. Lo squilibrio meccanico compare esattamente alla frequenza di rotazione dell'albero.
- Bande laterali: Le anomalie elettriche presentano bande laterali spaziate della frequenza di scorrimento o di passaggio poli attorno alle armoniche della frequenza di rete.
La frequenza di scorrimento è la frequenza elettrica corrispondente alla differenza tra la velocità di sincronismo e la velocità effettiva del rotore:
fslip = s × fline
dove s = (Ns − N) / Ns
Lo scorrimento è essenziale per la generazione di coppia nei motori a induzione — senza scorrimento non viene indotta alcuna corrente nel rotore. Valori tipici di scorrimento a pieno carico:
- Grandi motori (>100 kW): 1–2%
- Motori medi (10–100 kW): 2–4%
- Piccoli motori (<10 kW): 3–5%
Approccio sistematico per identificare l'origine del guasto:
- Passo 1 — Test di diseccitazione: Una vibrazione che scompare istantaneamente allo stacco dell'alimentazione indica una causa elettrica
- Passo 2 — Analisi in frequenza: Picchi a multipli esatti della frequenza di rete = causa elettrica; picchi a multipli della velocità dell'albero = causa meccanica
- Passo 3 — Analisi delle bande laterali: Bande laterali legate allo scorrimento = guasto elettrico rotorico; frequenze caratteristiche dei cuscinetti = guasto meccanico
- Passo 4 — Analisi della corrente: Utilizzare la tecnica MCSA per identificare rotture di barre rotoriche, eccentricità o guasti statorici indipendentemente dalle vibrazioni
- Passo 5 — Analisi di fase: La componente elettrica a 2× la frequenza di linea è tipicamente in fase su tutti i punti di misura; lo squilibrio meccanico mostra uno sfasamento tra le diverse posizioni
Le procedure descritte in questa pagina sono state sviluppate e collaudate sul campo dal team Vibromera utilizzando il Balanset-1A, un bilanciatore portatile a due canali e analizzatore di vibrazioni per l'equilibratura dei rotori in loco.
Strumenti professionali per l'analisi delle vibrazioni per la diagnostica dei motori, il bilanciamento in campo e il monitoraggio delle condizioni. Utilizzati in oltre 50 paesi.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko è ingegnere di analisi delle vibrazioni nonché fondatore e amministratore delegato di Vibromera. Da più di 15 anni bilancia macchine rotanti sul campo anziché al banco di prova: pacciamatrici, ventilatori industriali, frantoi, centrifughe, alberi e mandrini. È da questo lavoro che sono nati gli strumenti Balanset — sono stati progettati come uno strumento che il tecnico può portare fino alla macchina e usare da solo, in loco, e non come apparecchiatura da laboratorio. Vibromera è stata fondata nel 2017 e dal 2023 ha sede a Porto, in Portogallo. Qui avvengono lo sviluppo, l'assemblaggio e l'assistenza della linea Balanset. Lo strumento di punta è il Balanset-1A, un analizzatore portatile per il bilanciamento su uno e due piani e per la diagnostica delle vibrazioni. Nikolai segue personalmente l'assistenza ai clienti, la risoluzione dei casi di bilanciamento più difficili e lo sviluppo del software. Lavora con clienti in tutto il mondo, in qualsiasi lingua.
