Comprensione della frequenza elettrica nei motori

Bilanciatore portatile, analizzatore di vibrazioni

Dispositivi

Equilibratore portatile e analizzatore di vibrazioni Balanset-1A

Parti di ricambio

Sensore ottico (tachimetro laser)

Kit completo per la diagnostica e il bilanciamento delle vibrazioni di Vibromera, che include quattro sensori di vibrazione con cavi, un modulo di interfaccia segnale, un tachimetro laser con supporto magnetico, una bilancia digitale, un cavo USB e una custodia per il trasporto. Il sistema è progettato per il bilanciamento del rotore di campo e il monitoraggio delle condizioni su apparecchiature industriali.

Dispositivi

Standard magnetico Insize-60-kgf

Parti di ricambio

Bilanciatore dinamico "Balanset-1A" OEM

Definizione: Che cos'è la frequenza elettrica?

Frequenza elettrica (chiamata anche frequenza di linea, frequenza di rete o frequenza di potenza) è la frequenza della corrente alternata (CA) fornita ai motori elettrici e ad altre apparecchiature elettriche. Le due frequenze elettriche standard in tutto il mondo sono 60 Hz (Hertz) in Nord America, parti del Sud America e alcuni paesi asiatici, e 50 Hz in Europa, gran parte dell'Asia, Africa e Australia. Questa frequenza determina la velocità sincrona dei motori a corrente alternata e crea forze elettromagnetiche caratteristiche e vibrazione componenti a multipli della frequenza di linea.

Nel motore analisi delle vibrazioni, la frequenza elettrica e le sue armoniche (in particolare la frequenza di linea 2×) sono importanti indicatori diagnostici per problemi elettromagnetici, problemi allo statore e irregolarità del traferro.

Relazione con la velocità del motore

Calcolo della velocità sincrona

Per i motori a induzione CA, la velocità sincrona è determinata dalla frequenza elettrica:

N_{sincronizzare} = (120 × f) / P
Dove N_{sincronizzare} = velocità sincrona (RPM)
f = frequenza elettrica (Hz)
P = numero di poli nel motore

Velocità comuni del motore

Per sistemi a 60 Hz

Motore a 2 poli: 3600 giri/min sincroni (~3550 giri/min effettivi con slittamento)
Motore a 4 poli: 1800 giri/min sincroni (~1750 giri/min effettivi)
Motore a 6 poli: 1200 giri/min sincroni (~1170 giri/min effettivi)
Motore a 8 poli: 900 giri/min sincroni (~875 giri/min effettivi)

Per sistemi a 50 Hz

Motore a 2 poli: 3000 giri/min sincroni (~2950 giri/min effettivi)
Motore a 4 poli: 1500 giri/min sincroni (~1450 giri/min effettivi)
Motore a 6 poli: 1000 giri/min sincroni (~970 giri/min effettivi)
Motore a 8 poli: 750 giri/min sincroni (~730 giri/min effettivi)

Frequenza di slittamento

Differenza tra velocità sincrona e velocità effettiva:

Frequenza di scorrimento (fs) = (N_{sincronizzare} - N_attuale) / 60
Scorrimento tipico: 1-5% di velocità sincrona
Frequenza di slittamento in genere 1-3 Hz
Dipendente dal carico: lo slittamento aumenta con il carico
Importante per la diagnosi dei difetti elettrici del rotore

Componenti di vibrazione elettromagnetica

Frequenza di linea 2× (più importante)

La componente dominante della vibrazione elettromagnetica:

Sistemi a 60 Hz: 2 × 60 = componente di vibrazione a 120 Hz
Sistemi a 50 Hz: 2 × 50 = componente di vibrazione da 100 Hz
Causa: Le forze magnetiche tra statore e rotore pulsano a una frequenza di linea doppia
Sempre presente: Caratteristica normale di tutti i motori AC (bassa ampiezza normale)
Ampiezza elevata: Indica problemi allo statore, problemi di traferro o squilibrio magnetico

Frequenza di linea (1×f)

Componente a 50 Hz o 60 Hz
Di solito ampiezza inferiore a 2×f
Può indicare uno squilibrio della tensione di alimentazione
Può verificarsi con guasti all'avvolgimento dello statore

Armoniche superiori

4×f, 6×f, ecc. (240 Hz, 360 Hz per sistemi a 60 Hz)
Può indicare problemi di avvolgimento o problemi di laminazione del nucleo
Tipicamente bassa ampiezza nei motori sani

Significato diagnostico

Ampiezza normale 2×f

Tipicamente < 10% di 1× (velocità di corsa) vibrazione
Relativamente costante nel tempo
Presente in tutte le direzioni ma spesso più forte radialmente

Un valore 2×f elevato indica problemi

Problemi di avvolgimento dello statore

Cortocircuiti tra spire, squilibrio di fase
2×f ampiezza crescente nel tempo
Può essere accompagnato da aumento della temperatura
Squilibrio di corrente misurabile tra le fasi

Eccentricità del traferro

Traferro d'aria non uniforme dovuto all'eccentricità del rotore o all'usura dei cuscinetti
Crea una forza magnetica sbilanciata
2×f e frequenze di passaggio del polo elevate
Combinazione di effetti meccanici ed elettromagnetici

Risonanza del piede zoppo o del telaio

Se la frequenza naturale del telaio del motore è vicina a 2×f
La risonanza strutturale amplifica la vibrazione elettromagnetica
Vibrazione del telaio molto più elevata di quella del cuscinetto
Correggibile tramite irrigidimento strutturale o smorzamento del telaio

Azionamenti a frequenza variabile (VFD)

Effetti VFD sulla frequenza elettrica

I VFD creano una frequenza di uscita variabile (tipicamente 0-120 Hz)
Velocità del motore proporzionale alla frequenza di uscita del VFD
Tutte le frequenze elettromagnetiche sono scalabili con la frequenza di uscita VFD
La commutazione PWM crea componenti ad alta frequenza aggiuntivi

Problemi di vibrazione specifici del VFD

Frequenze di commutazione: componenti della gamma kHz dalla commutazione PWM
Correnti portanti: Le correnti ad alta frequenza possono danneggiare i cuscinetti
Vibrazione torsionale: Pulsazioni di coppia a varie frequenze
Eccitazione di risonanza: La velocità variabile può attraversare le risonanze

Esempi pratici di diagnosi

Caso 1: Vibrazione elevata 2×f

Sintomo: Motore a 4 poli, 60 Hz (1750 giri/min) con vibrazione a 120 Hz = 6 mm/s
Analisi: 120 Hz molto più alta della vibrazione a velocità di corsa 1× (2 mm/s)
Diagnosi: Problema di avvolgimento dello statore o eccentricità del traferro
Conferma: L'imaging termico mostra un punto caldo nello statore, misurato lo squilibrio di corrente
Azione: Riavvolgere o sostituire il motore

Caso 2: Bande laterali attorno alla velocità di corsa

Sintomo: Picchi a 1× ± 2 Hz (frequenza di slittamento)
Diagnosi: Barre del rotore rotte
Conferma: MCSA mostra lo stesso schema di banda laterale nella corrente
Progressione: Monitorare la crescita dell'ampiezza per pianificare la sostituzione

Monitoraggio delle migliori pratiche

Impostazione dell'analisi dello spettro

Assicurarsi che Fmax (frequenza massima) > 500 Hz per catturare 2×f e armoniche
Risoluzione adeguata per separare bande laterali ravvicinate (Risoluzione < 0,5 Hz per l'analisi della frequenza di scorrimento)
Misura in più direzioni (orizzontale, verticale, assiale)

Stabilimento di base

Registrare un'ampiezza 2×f quando il motore è nuovo o appena riavvolto
Stabilire livelli normali per ogni tipo di motore nella struttura
Imposta limiti di allarme (in genere 2-3× baseline per 2×f)

Parametri di tendenza

2× ampiezza della frequenza di linea e tendenza
Componenti della frequenza di passaggio del polo
Ampiezze e modelli delle bande laterali
Livelli di vibrazione complessivi
Indicatori delle condizioni dei cuscinetti

La frequenza elettrica è fondamentale per comprendere il funzionamento e la diagnostica dei motori a corrente alternata. Riconoscere le componenti della frequenza di rete (in particolare 2×f) negli spettri di vibrazione e comprenderne la relazione con i fenomeni elettromagnetici consente di distinguere tra guasti meccanici ed elettrici del motore, indirizzando le opportune azioni diagnostiche e correttive.

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Cos'è la frequenza elettrica? Frequenza di linea nei motori

Pubblicato da admin su Ottobre 28, 2025 Ottobre 28, 2025