Comprensione della frequenza di scorrimento nei motori a induzione
Frequenza di slittamento è la differenza tra la velocità sincrona — ovvero la velocità di rotazione del campo magnetico dello statore — e la velocità effettiva del rotore di un motore a induzione, espressa in hertz. Essa misura la velocità con cui il campo magnetico “scivola” lungo i conduttori del rotore, e proprio quel movimento relativo è ciò che induce la corrente nel rotore che genera la coppia. La frequenza di scorrimento è fondamentale per il funzionamento di un motore a induzione ed è altrettanto fondamentale per diagnostica del motore, perche - attraverso la frequenza di passaggio del polo (frequenza di scorrimento x numero di poli) - essa determina la banda laterale spaziatura nel vibrazione e le firme di corrente di difetti della barra del rotore.
Per un motore che funziona a carico normale, la frequenza di scorrimento rientra in genere nell'intervallo compreso tra 0,5-3 Hz. Aumenta con l'aumento del carico, il che lo rende un indicatore indiretto ma pratico dell'intensità di funzionamento del motore. Una corretta interpretazione dello spettro delle vibrazioni del motore — e la conseguente diagnosi dei guasti elettromagnetici — dipende dalla comprensione del fenomeno dello scorrimento.
1. Come funziona lo scorrimento nei motori a induzione
Il principio di induzione
Un motore a induzione genera una coppia attraverso una serie di fenomeni elettromagnetici:
- Gli avvolgimenti dello statore generano un campo magnetico che ruota alla velocità sincrona.
- Questo campo ruota leggermente più velocemente del rotore.
- Il movimento relativo tra il campo magnetico e le barre del rotore induce una corrente nel rotore.
- Tale corrente indotta genera il campo magnetico proprio del rotore.
- L'interazione tra i campi dello statore e del rotore genera una coppia.
- Punto chiave: Se il rotore raggiungesse mai la velocità sincrona, non ci sarebbe alcun movimento relativo, né induzione, e quindi nessuna coppia.
Perché lo scorrimento è necessario
- Affinché si verifichi l'induzione, il rotore deve girare a una velocità inferiore a quella sincrona.
- Maggiore è lo slittamento, maggiore è la corrente indotta e maggiore è la coppia generata.
- A vuoto lo scorrimento è minimo — circa l'1%.
- A pieno carico è più elevato — in genere del 3–5%.
- Lo scorrimento è il meccanismo attraverso il quale il motore adatta automaticamente la propria coppia al carico.
2. Calcolo della frequenza di scorrimento
La formula di base
fs = (Nsincronizzare − Nattuale) / 60
dove fs = frequenza di scorrimento (Hz), Nsincronizzare = velocità sincrona (giri/min) e Nattuale = velocità effettiva del rotore (giri/min).
Utilizzo della percentuale di scorrimento
- Scorrimento (%) = [(Nsincronizzare − Nattuale) / Nsincronizzare] × 100
- fs = (Slittamento% × Nsincronizzare) / 6000
Tre grandezze correlate si confondono facilmente, quindi conviene tenerle distinte: la frequenza di slittamento fs definita sopra (la differenza di velocita in Hz - la convenzione usata in tutto questo glossario); la frequenza elettrica di scorrimento s·flinea (la frequenza delle correnti indotte nel rotore, dove s e lo scorrimento in per-unit); e la frequenza di passaggio del polo FP = numero di poli x fs = 2·s·flinea, che e la spaziatura delle bande laterali effettivamente osservata nella diagnostica delle barre di rotore. La velocita sincrona stessa deriva dalla frequenza di alimentazione frequenza di linea e il numero di poli. Se preferisci non calcolarlo a mano, il Calcolatore di scorrimento del motore e giri/min effettivi converte direttamente i dati della targhetta in scorrimento e velocità di funzionamento.
Esempi svolti
Motore a 4 poli, 60 Hz a vuoto:
- Nsincronizzare = 1800 GIRI/MIN, Nattuale = 1795 giri/min (carico leggero)
- fs = (1800 − 1795) / 60 = 0,083 Hz; scorrimento = 0,3%
Lo stesso motore a pieno carico:
- Nsincronizzare = 1800 GIRI/MIN, Nattuale = 1750 giri/min (velocità nominale)
- fs = (1800 − 1750) / 60 = 0,833 Hz; scorrimento = 2,8%
Motore a 2 poli, 50 Hz:
- Nsincronizzare = 3000 RPM, Nattuale = 2950 RPM
- fs = (3000 − 2950) / 60 = 0,833 Hz; scorrimento = 1,7%
3. Frequenza di scorrimento nella diagnostica delle vibrazioni
Spaziatura delle bande laterali per difetti della barra del rotore
Questo è l'utilizzo diagnostico più importante della frequenza di scorrimento. Una barra del rotore rotta o incrinata crea un'asimmetria elettromagnetica che modula il 1× velocità di funzionamento picco, producendo bande laterali distanziate alla frequenza di passaggio poli FP = poles × fs:
- Modello: bande laterali attorno alla velocità di rotazione 1× a ±FP, ±2FP, ±3FP.
- Esempio: un motore a 4 poli, 1750 RPM (29.2 Hz) con fs = 0.83 Hz, quindi FP = 4 × 0.83 = 3.33 Hz.
- Bande laterali a: 25.8 Hz e 32.5 Hz attorno al picco a 29.2 Hz, piu 22.5 Hz e 35.8 Hz, e cosi via.
- Diagnosi: queste bande laterali simmetriche indicano barre del rotore rotte o incrinate.
- Ampiezza: L'ampiezza delle bande laterali riflette il numero e la gravità delle barre spezzate.
Analisi della firma di corrente
Gli spettri di corrente del motore (MCSA) mostrano un andamento strettamente correlato alla frequenza della linea di alimentazione:
- I difetti delle barre del rotore generano bande laterali intorno alla frequenza di rete.
- Modello: flinea ± 2·s·flinea, dove s è lo scorrimento in per-unità — la stessa ±FP spacing as in vibration, since 2·s·flinea = FP.
- Per il motore a 4 poli, 60 Hz sopra riportato (s = 50/1800 ≈ 2.8%, FP = 3.33 Hz), le bande laterali si trovano a 56.7 Hz e 63.3 Hz.
- Ciò conferma in modo indipendente una diagnosi relativa alle barre del rotore effettuata sulla base delle vibrazioni. Il Calcolatore della frequenza dei difetti elettrici del motore indica le bande laterali di corrente previste per qualsiasi motore.
4. Lo scorrimento come indicatore di carico
Lo slittamento varia in base al carico
- Nessun carico: 0,2–1% di scorrimento (0,1–0,5 Hz per i motori tipici).
- Mezzo carico: Scorrimento dell'1–2% (0,5–1,0 Hz).
- A pieno carico: Scorrimento del 2–5% (1–2,5 Hz).
- Sovraccarico: scorrimento superiore al 5% (oltre 2,5 Hz).
- Di partenza: Scorrimento al 100% — la frequenza di scorrimento è uguale alla frequenza di rete, poiché il rotore è momentaneamente fermo.
Utilizzo dello slittamento per valutare il carico
- Misurare con precisione la velocità effettiva del motore.
- Calcolare lo scorrimento in base alla differenza rispetto alla velocità sincrona.
- Confrontarlo con lo scorrimento nominale a pieno carico indicato sulla targhetta.
- Stimare il carico del motore in percentuale.
- Ciò risulta particolarmente utile quando non è possibile effettuare una misurazione diretta della potenza.
5. Fattori che influenzano lo scorrimento
Fattori di progettazione
- Resistenza del rotore: una maggiore resistenza comporta un maggiore scorrimento.
- Classe di progettazione del motore: il tipo costruttivo NEMA determina la caratteristica di scorrimento.
- Tensione: una tensione più bassa aumenta lo scorrimento a parità di carico.
Condizioni operative
- Coppia di carico: il fattore determinante principale dello scorrimento.
- Tensione di alimentazione: Una sottotensione aumenta lo scorrimento.
- Variazione di frequenza: Le variazioni nella frequenza di alimentazione modificano la velocità sincrona e, di conseguenza, lo scorrimento.
- Temperatura: un rotore surriscaldato presenta una resistenza maggiore, il che aumenta lo slittamento.
Condizioni del motore
- Le barre del rotore rotte aumentano lo slittamento, poiché la generazione di coppia risulta meno efficace.
- Problemi relativi agli avvolgimenti dello statore può modificare lo scorrimento.
- I problemi ai cuscinetti che aumentano l'attrito provocano un leggero aumento dello slittamento.
6. Come viene misurata la frequenza di scorrimento
Misurazione diretta della velocità
- Utilizzare un tachimetro oppure uno stroboscopio per rilevare il numero effettivo di giri al minuto.
- Prendere i dati relativi alla velocità sincrona riportati sulla targhetta (poli e frequenza).
- Calcolare lo scorrimento come fs = (Nsincronizzare − Nattuale) / 60.
- Questo è il metodo più preciso.
Dallo spettro delle vibrazioni
- Individuare con precisione il picco di velocità di marcia 1×.
- Convertire quella frequenza di picco in velocità di rotazione.
- Calcolare lo scorrimento dalla differenza rispetto alla velocità sincrona.
- Ciò richiede un'alta risoluzione FFT; il Calcolatore di risoluzione FFT ti aiuta a impostare un numero sufficiente di linee per separare i picchi spaziati alla frequenza di scorrimento.
Dalla spaziatura della banda laterale
- Se sono presenti bande laterali dovute a difetti delle barre del rotore, la distanza tra di esse È la frequenza di passaggio poli; dividendola per il numero di poli si ottiene direttamente la frequenza di scorrimento.
- Pratico, ma disponibile solo una volta che si è verificato un difetto.
In pratica, queste misurazioni vengono effettuate in loco con uno strumento portatile a due canali. Il Balanset-1A registra lo spettro delle vibrazioni al cuscinetto del motore mentre il suo tachimetro laser ottico legge la reale velocita dell'albero, cosi da poter determinare con precisione l'esatta frequenza 1x, calcolare lo scorrimento e cercare le bande laterali spaziate alla frequenza di passaggio poli che tradiscono il danneggiamento delle barre del rotore, tutto senza fermare il motore. Poiche lo scorrimento cambia con il carico, le misure piu rivelatrici si eseguono con la macchina nel suo normale regime di esercizio.
7. Applicazioni diagnostiche pratiche
Valori di scorrimento normali
- Registrare lo scorrimento di riferimento per diversi carichi per ciascun motore.
- Lo scorrimento tipico a pieno carico è dell'1–3% — controllare sempre la targhetta.
- Un superamento del valore indicato sulla targhetta potrebbe indicare un sovraccarico o un problema al motore.
- Un valore inferiore a quello previsto a un determinato carico potrebbe indicare un guasto elettrico.
Indicatori di scorrimento anomali
- Scorrimento eccessivo: sovraccarico del motore, rottura delle barre del rotore o elevata resistenza del rotore.
- Slittamento variabile: fluttuazioni di carico o instabilità dell'alimentazione elettrica.
- Basso scorrimento sotto carico: un possibile problema allo statore o un problema di tensione.
La frequenza di scorrimento e al centro sia del funzionamento sia della diagnostica dei motori a induzione. Come base della spaziatura delle bande laterali di passaggio poli che rivelano i difetti delle barre del rotore, e come indicatore del carico del motore, racchiude molte informazioni sullo stato in un solo numero. Determinarla con precisione e cio che permette a un analista di interpretare correttamente le vibrazioni del motore e le firme di corrente, distinguendo il normale funzionamento da un guasto in sviluppo.
