モーターの電気周波数を理解する
電気周波数 — 線周波数、商用周波数、あるいは電力周波数とも呼ばれる — は、電動機やその他の電気機器に供給される交流電流の周波数である。世界的には主に2つの規格が主流となっている。北米、南米の一部、および一部のアジア諸国では60 Hz、欧州、アジアの大部分、アフリカ、オーストラリアでは50 Hzである。この単一の数値によって、その電源に接続されたすべての交流電動機の同期回転数が決定され、一連の電磁力が発生する――したがって 振動 構成要素 — 電源周波数の整数倍の周波数で。
モーター 振動解析、電源周波数とその高調波、特に電源周波数の2倍（2×f）は、電磁気的な問題、固定子故障、および気隙の不規則性を診断する上で重要な指標となります。これらを正しく読み取ることで、解析担当者は、同じ状況下でも電気的な故障と機械的な故障を区別することができるのです。 スペクトラム.
1. モーター速度との関係
同期速度
交流誘導電動機において、回転磁界の同期速度は、電源周波数と極数によって決まります：
N同期 = (120 × f) / P — ここで N同期 は回転数（RPM）で表される同期回転数、fは周波数（Hz）で表される電気周波数、Pは極数である。
The actual 運転速度 誘導電動機の回転子はトルクを発生させるためにスリップする必要があるため、常に同期運転にはわずかに及ばない。
一般的なモーター回転数
On a 60 Hz 供給側の同期回転数は、2極モーターで3600 RPM（実稼働時は約3550 RPM）、4極で1800 RPM（約1750 RPM）、6極で1200 RPM（約1170 RPM）、8極で900 RPM （実運転時約875 RPM）です。 50 Hz 同じ極数で、3000 RPM（実測値は約2950 RPM）、1500 RPM（約1450 RPM）、1000 RPM（約970 RPM）、750 RPM（約730 RPM）となります。 モーターのスリップと実回転数計算ツール 銘板に記載された値と測定された速度を、そのままこれらの数値に変換します。
スリップ周波数
同期速度と実速度の差は、 スリップ周波数:
fs = (N同期 - N実際の) / 60
- 一般的なスリップは、定格回転数の1～5％です。
- その結果生じるスリップ周波数は、通常1～3 Hzにとどまる。
- これは負荷に依存します。モーターの負荷が高まるにつれて、スリップが増加します。
- これは、ロータの電気的欠陥を診断する上で極めて重要です。なぜなら、ロータバーの故障は、スリップに極数を掛けた値である極通過周波数における振動を変調させるからです。
2. 電磁振動成分
周波数の2倍（主成分）
最も重要な電磁成分は、2×f（周波数）の周波数帯に現れます。これは、60 Hzの電源では120 Hz、50 Hzの電源では100 Hzに相当します。この成分が生じるのは、固定子と回転子の間の磁気引力が、1電気サイクルにつき2回脈動するためです。すべての交流モーターにおいて、この成分がわずかに現れるのは正常な現象であり、それ自体に不具合はありません。しかし、2×fの成分が上昇し、かつ増加傾向にある場合は、 固定子の問題, an uneven エアギャップ、あるいは磁気的不均衡。
電源周波数（1×f）
電源周波数（50 Hzまたは60 Hz）そのものの成分は、通常、2×fの成分よりも振幅が小さい。これは電源電圧の不平衡を示唆するものであり、固定子巻線の故障を伴う場合がある。
高調波
4×f、6×f 以上の成分（60 Hz システムでは 240 Hz、360 Hz）は、正常な電動機では通常、低レベルです。これらが上昇する場合は、巻線や鉄心の積層に問題があることを示している可能性があります。
3. 診断上の意義
通常 2×f の振幅
健全なモーターでは、2×f成分は通常、1×f成分の約10%未満である。 運転速度 レベルは、時間の経過とともに比較的安定しており、あらゆる方向に現れるが、多くの場合、半径方向が最も強い。その正常レベルを把握しておくことで、その後の上昇が意味を持つようになる。
2×fの上昇とその意味
- 固定子巻線の問題： 相間短絡や相間不平衡は、時間の経過とともに2×fの振幅を上昇させ、多くの場合、温度上昇や相間の測定可能な電流不平衡を伴う。
- エアギャップの偏心： ローターとの不均一な隙間 偏心 または ベアリング摩耗 不均衡を生じさせる 磁力、2×fおよび 極通過周波数 ポール通過周波数の両方が上昇する――機械的効果と電磁的効果が混在している。
- ソフトフットまたはフレーム共振： if a ソフトフット またはフレームの 固有振動数 lies near 2×f, 構造共振 電磁振動を増幅させる。その結果、フレームの振動が軸受の振動をはるかに上回るため、その対策として構造の補強や減衰装置の追加が必要となる。
4. 可変周波数ドライブ
VFDは出力周波数（通常0～120 Hz）を意図的に変化させ、モーターの回転速度もそれに追従するため、2×fや極通過成分を含むあらゆる電磁周波数は、50 Hzや60 Hzという固定値にとどまるのではなく、ドライブの出力に比例して変化します。この変動性は、振動に関して実用的な影響を及ぼします：
- 周波数の切り替え： PWM搬送波は、基本波の上にkHz帯域の成分を重畳させる。
- 軸受電流： シャフトが適切に接地されていない場合、高周波電流によって軸受にピットや溝が生じることがあります。
- ねじり振動： トルクの脈動がさまざまな周波数で発生する。
- 共鳴励起： 可変速度のスイープ運転では、構造共振周波数を通過する際に、振動が一時的に増幅されることがある。
5. 診断の実例
事例1 — 2×fの高周波振動
回転数約1750 RPMで運転中の4極60 Hzモーターでは、6 mm/sの速度で120 Hzの成分が検出されており、これは運転速度の1倍に相当する約2 mm/sを大幅に上回っています。エネルギーが運転速度ではなく、電源周波数の2倍の周波数に集中していることから、この現象は機械的な問題ではなく、固定子巻線の不具合またはエアギャップの偏心によるものであると考えられます。 アンバランスその後、赤外線カメラによる検査で固定子に高温箇所が確認され、相間の電流不平衡も測定されたことから、診断が確定した。是正措置として、モーターの巻線を交換するか、モーター自体を交換する。
事例2 — 走行速度周辺のサイドバンド
ピークは、スリップに関連する間隔の1倍±（数Hz）の周波数で現れ、これは典型的な特徴である。 破損したローターバー. モーター電流特性の分析でも同様の結果が示されている サイドバンド 供給電流の変動パターンを把握し、サイドバンドの振幅を時間経過とともに追跡することで、交換計画を立てるための余裕が生まれます。これら2つのケースは、より広範なカテゴリーに属しており、 電気的な不具合 振動解析は、機械的な要因と区別するのに適している。
6. モニタリングのベストプラクティス
Spectrum setup
解析で2×fとその高調波を捕捉できるよう、最大周波数を500 Hz以上に設定し、間隔の狭いサイドバンドを分離できる十分な分解能を選択してください。スリップ周波数の測定では、分解能を約0.5 Hzより高く（細かく）するのが望ましいです。電磁成分と機械成分は方向によって分布が異なるため、水平方向、垂直方向、軸方向の各方向で測定を行ってください。
ベースラインと傾向
モーターが新品または巻き直し直後の状態における2×f振幅を記録し、施設内の各モータータイプごとの正常値を確立した上で、アラーム限界値（通常は2～3倍）を設定してください。 ベースライン 2×fについて。次に、重要なパラメータの推移を分析する。具体的には、2×線周波数の振幅、極通過周波数成分、側波帯の振幅とパターン、全体的な振動レベル、および通常の軸受状態の指標について。これらの値が時間とともにどのように変化するかを、体系的な手法を用いて トレンド分析……こそが、単一のスペクトルを早期警報へと変換するものである。
7. 現場での測定
電気的特性と機械的特性を区別するには、まず振幅、周波数、および 位相 その機械で。次のようなポータブルな2チャンネル計測器 バランセット-1A FFTスペクトルと、これらのコンポーネントを運転速度およびその高調波に対して正確に位置合わせするために必要な同期基準波を捕捉し、100 Hzまたは120 Hz付近のピークが電磁的なものか、それとも単なる構造的な応答であるかを確認するのに役立ちます。そして、電気的な原因が排除され、残留 アンバランス が1×振動の真の駆動力であると特定された場合、その同じ計測器が フィールドバランシング これにより問題が解決され、ライン周波数に関する知識を現場で直接活用できるようになります。
電気周波数は、交流モーターの動作原理や故障原因を理解する上で極めて重要です。振動スペクトル中の電源周波数成分（とりわけ2×f成分）を識別し、その背後にある電磁気現象を理解することで、解析担当者は機械的故障と電気的故障を明確に区別し、適切な診断と是正措置を講じることができるようになります。
