Comprensione della frequenza di passaggio della barra del motore
Frequenza di passaggio della barra del motore — denominata anche frequenza di passaggio delle barre del rotore, frequenza delle cave del rotore o semplicemente frequenza di passaggio delle barre — è la frequenza alla quale le barre del rotore di un motore asincrono a gabbia di scoiattolo transitano davanti alle cave e agli avvolgimenti dello statore. È pari al numero di barre del rotore moltiplicato per la frequenza di rotazione del rotore, quindi si colloca ben al di sopra della velocità di funzionamento, tipicamente tra circa 200 e 2000 Hz a seconda delle dimensioni e della velocità del motore. In un motore in buone condizioni è una riga di bassa ampiezza e poco evidente nello spettro di vibrazione, ma quando aumenta segnala eccentricità tra rotore e statore, air-gap problemi, o altre irregolarità elettromagnetiche. È strettamente correlata, ma distinta, difetti della barra del rotore — le barre rotte si manifestano con bande laterali spaced at the frequenza di slittamento intorno a 1×, non alzando la riga di passaggio delle barre.
1. Calcolo della frequenza di passaggio delle barre
The formula
RBPF = Nb × N / 60, dove RBPF è la frequenza di passaggio delle barre del rotore in Hz, Nb è il numero di barre del rotore e N è la velocità del rotore in RPM.
La struttura della formula è la stessa alla base di qualsiasi frequenza di conteggio di denti o palette, come frequenza di ingranamento o frequenza di passaggio delle palette: si contano le caratteristiche ripetitive, si moltiplicano per la frequenza con cui si ripresentano. Poiché il numero di barre è solitamente un numero elevato, il risultato si colloca ben nella regione delle alte frequenze dello spettro.
Esempi applicativi
Small motor: 28 rotor bars at 1750 RPM gives RBPF = 28 × 1750 / 60 = 817 Hz.
Motore di grande taglia: 56 rotor bars at 3550 RPM gives RBPF = 56 × 3550 / 60 = 3313 Hz.
Si noti che la riga di passaggio delle barre del motore più grande supera i 3 kHz — un utile promemoria che la catena di misura deve raggiungere tale frequenza per rilevarla. Se si desidera convertire rapidamente la velocità di funzionamento e i numeri d'ordine in frequenze, il calcolatore di frequenze armoniche gestisce il calcolo.
Determinazione del numero di barre
- Consultare la targhetta del motore o la scheda tecnica del costruttore.
- Contarle visivamente se il rotore è accessibile durante un intervento di riparazione.
- Ricavarle a ritroso da un picco chiaramente identificato nello spettro di vibrazione.
- Si prevedono circa da 16 a 80 barre, a seconda delle dimensioni del motore e del numero di poli.
2. Il meccanismo fisico
Interazione rotore-statore
La frequenza di passaggio delle barre nasce dall'interazione magnetica, non dal contatto meccanico:
- Le barre del rotore trasportano corrente indotta e creano perturbazioni locali nel campo magnetico.
- Mentre il rotore ruota, ogni barra scorre uno dopo l'altra davanti alle cave dello statore.
- La riluttanza magnetica aumenta e diminuisce man mano che le barre si allineano con i denti dello statore, poi li superano.
- Ciò produce una piccola forza elettromagnetica pulsante sulla struttura.
- La frequenza di pulsazione è pari alla velocità con cui le barre transitano — la frequenza di passaggio delle barre.
Traferro uniforme e non uniforme
- Traferro uniforme: i contributi di forza delle barre sui lati opposti del rotore si compensano in larga misura, lasciando un'ampiezza RBPF ridotta.
- Rotore eccentrico: l'interazione diventa asimmetrica, la compensazione si deteriora e l'ampiezza dell'RBPF aumenta.
- Valore diagnostico: l'altezza della riga RBPF è quindi un indicatore diretto dell'uniformità del traferro.
3. Significato diagnostico
Condizione normale
- È presente un picco RBPF, ma molto ridotto — spesso inferiore a 0,5 mm/s.
- Potrebbe essere appena visibile al di sopra del livello di rumore.
- Non sono presenti bande laterali ai suoi lati.
- Questa firma conferma un traferro uniforme e una buona concentricità rotore-statore.
Cosa indica un RBPF elevato
Eccentricità del traferro. Il rotore è discentrato nell'alesaggio dello statore, l'ampiezza dell'RBPF aumenta e possono comparire bande laterali a ±1× la velocità di funzionamento. Questo schema è parallelo al comportamento frequenza di passaggio del polo aumenta in presenza dello stesso guasto.
Disallineamento rotore-statore. Quando l'asse del rotore non è parallelo all'asse dello statore, il traferro varia lungo la lunghezza del motore, facendo crescere sia l'RBPF che le sue armoniche.
Barre del rotore rotte o danneggiate. Questa è una firma completamente diversa: le barre rotte creano bande laterali attorno a 1× con spaziatura alla frequenza di scorrimento, anziché innalzare la riga di passaggio barre. Si veda barre del rotore rotte e difetti della barra del rotore per tutti i dettagli diagnostici.
4. Distinguere la frequenza di passaggio barre dalle altre frequenze
RBPF vs. frequenze dei cuscinetti
- RBPF: tipicamente 200–3000 Hz, determinati dal progetto del motore.
- Frequenze dei cuscinetti: tipicamente 50–500 Hz per i cuscinetti dei motori.
- Come distinguerle: calcolare entrambe e confrontarle con i picchi osservati.
- Attenzione alle sovrapposizioni: nei motori di grandi dimensioni la RBPF può ricadere nella stessa banda di frequenze di guasto dei cuscinetti, quindi identificare la sorgente prima di intervenire.
RBPF rispetto alla frequenza delle cave statoriche
- Passaggio delle cave statoriche: numero di cave dello statore × velocità di rotazione — raramente significativo.
- RBPF: numero di barre del rotore × velocità di rotazione — più comunemente osservato.
- Both present: in alcuni motori saranno presenti entrambe, e separarle dipende dalla conoscenza del numero di barre e di cave.
5. Applicazione pratica
Quando monitorare la RBPF
- Quando si sospetta un problema di traferro.
- Dopo la sostituzione di un cuscinetto, per verificare che il rotore sia correttamente centrato.
- Quando la frequenza doppia della rete è elevata, il che può accompagnarsi all'eccentricità.
- Quando si stabilisce una linea di base per un motore nuovo o riavvolto.
- Come verifica qualitativa dopo la riparazione del motore.
Considerazioni sulla misurazione
- Il campo di frequenza dell'analizzatore deve superare comodamente il doppio della RBPF (Fmassimo > 2 × RBPF) per acquisirla senza aliasing.
- UN accelerometro è solitamente necessario piuttosto che un sensore di velocità, poiché le frequenze sono elevate.
- Misurare sul telaio del motore o sul supporto del cuscinetto.
- Confrontare sempre i risultati con un valore di riferimento o con motori analoghi in buone condizioni.
6. Il ruolo della frequenza di passaggio delle barre nella diagnostica dei motori
Aiuta a tenere chiaramente distinte le due caratteristiche spettrali del rotore del motore. La riga di passaggio delle barre riguarda la geometria dell'entrefer; le barre rotte riguardano l'integrità elettrica della gabbia. In pratica entrambe possono essere presenti contemporaneamente, quindi una electrical-fault la valutazione verifica per ciascuno:
- Difetti della barra del rotore: bande laterali intorno alla velocità di rotazione 1× con spaziatura alla frequenza di scorrimento.
- RBPF issues: ampiezza elevata alla riga di passaggio delle barre stessa (numero di barre × velocità).
- Possono coesistere: l'eccentricità e le barre rotte non si escludono a vicenda.
- Diagnosi completa: esaminare entrambi i pattern per avere un quadro completo.
Questo tipo di diagnosi elettromagnetica ad alta frequenza rappresenta una metà della valutazione dello stato di salute dei motori a induzione; l'altra metà è il mondo meccanico a bassa frequenza di sbilanciare e disallineamento. Uno strumento portatile a due canali come il Bilanciamento-1a copre questo aspetto meccanico, acquisendo l'ampiezza e la fase 1× necessarie per bilanciare il rotore nei propri cuscinetti e verificare il risultato — un complemento naturale ai controlli spettrali del motore descritti qui.
La frequenza di passaggio delle barre del motore, sebbene monitorata con minore frequenza rispetto alle frequenze dei cuscinetti o alle firme delle barre rotte, fornisce un reale valore diagnostico riguardo all'uniformità dell'entrefer e alla concentricità rotore-statore. Sapere come calcolarla e riconoscerla in uno spettro completa il quadro diagnostico per la valutazione dello stato dei motori a induzione a gabbia di scoiattolo.
