ポールパス周波数の理解
ポールパス周波数 （PPF）は低周波の 振動 成分で、AC 誘導モータで回転磁界がローターをすべって通過するときに発生します。これは極数に スリップ周波数を掛けて計算されます: PPF = number of poles × (synchronous speed − actual speed) / 60。すべりは小さいため、PPF は非常に低い周波数で、通常は数 Hz 程度しかなく、単独ピークとして現れるよりもむしろ サイドバンド 運転速度成分や線周波数成分の周囲に、PPF 間隔で並ぶものとして現れます。このすべりに関連する変調は、モータに エアギャップ 偏心、ローターバー破損、またはローターとステーターのアライメント不良があると大きく増幅されます。このため、PPF は 電気的な不具合 純粋に機械的なものとは区別して。
診断上 PPF が重要なのは、高い サイドバンド この周波数間隔の成分が、偏心ローター、ローターバー破損、不均一なエアギャップ、または動的なローター–ステーター相互作用といった電磁気的問題を明確に示し、 アンバランス または ずれ正しく読み取れば、アナリストはモーターを開けるべきか、それとも列車の他の箇所を調べるべきかがわかる。
1. 極通過周波数の計算
基本的な公式
- PPF = P × (N同期 − N) / 60
- どこ P = 極数、
- N同期 = RPM で表した同期速度（N同期 = 120 × line frequency / P）、
- N = ローターの実際の回転数（RPM）、
- となり、結果は Hz です。項（N同期 − N) / 60 は Hz で表したすべり周波数です。
なお、PPF は difference 同期速度と実速度の差、すなわち スリップに基づいています。無負荷では誘導モータはほぼ同期速度で回転するため、PPF はゼロに近づきます。負荷が増えると、すべりとともに PPF も増加し、定格負荷では通常およそ 0.5–3.5 Hz の範囲になります。PPF を純粋に機械的な次数 P × running speed（4極モータが 1750 RPM の場合は約 116.7 Hz）と混同しないでください。これはシャフト回転の高調波であり、極通過周波数ではありません。運転速度をすばやく次数群に変換したい場合は、当社の無料 高調波周波数計算機 RPMを1～10倍の範囲でHzに変換し、その モーターの電気的欠陥頻度計算機 電磁周波数を並べて示している。
実例
1750 RPMの4極モーター（60 Hz電源）：
- 同期速度 N同期 = 120 × 60 / 4 = 1800 RPM.
- すべり周波数 = (1800 − 1750) / 60 = 0.83 Hz。
- PPF = 4 × (1800 − 1750) / 60 = 3.33 Hz
- 振動 スペクトラム これは、1×運転速度ピーク（29.2 Hz）および2×電源周波数（120 Hz）の周囲に±3.33 Hz間隔の側帯波として現れます。これは偏心およびロータバー破損の診断パターンです。
970 RPMの6極モーター（50 Hz電源）：
- 同期速度 N同期 = 120 × 50 / 6 = 1000 RPM.
- すべり周波数 = (1000 − 970) / 60 = 0.5 Hz。
- PPF = 6 × (1000 − 970) / 60 = 3.0 Hz
- 1×ピーク（16.2 Hz）または2×電源周波数（100 Hz）の周囲に±3.0 Hz間隔で並ぶ側帯波は、見落としやすいものです。
- それらを分離するには、慎重で高分解能の スペクトル分析.
2. 物理的メカニズム
電磁力はどのように発生するのか
PPFが発生する一連の過程は単純明快です：
- 固定子巻線は、同期速度で回転する磁場を生成する。
- その領域は、N–S–N–Sのパターンで磁極が配置されています。
- ローターはすべりのためにわずかに遅く回転するので、磁界の極はローターに固定されたままではなく、連続してローターを通り過ぎます。
- 磁界の極がローター上の特定の箇所（高抵抗バー、またはエアギャップの偏心側）を通過するたびに、その箇所に作用する磁気力は変調されます。
- With P 極であれば、その箇所は P すべり1周期あたり通過されます。
- したがって、この変調の周波数は P × slip frequency = PPF となり、運転速度および線周波数の振動に重なるゆっくりした “うなり” です。
均一なエアギャップ — 健全なモーター
- ローターはステーターの穴の中央に位置しています。
- エアギャップは全周にわたって均一です。
- 磁力は互いに釣り合い、打ち消し合っている。
- そのため、PPF 関連の変調は振幅が非常に小さくなります。
偏心エアギャップ — モーターの不具合
- ローターは中心からずれて配置されており、 ベアリング摩耗、 曲がった軸、あるいは製造上の不具合。
- 片側のエアギャップは小さく、反対側は大きくなっています。
- 磁力が不均衡になり、隙間が狭いほど磁力が強くなる。
- 合成された半径方向の力が現れます — 不均衡な磁力 — そして磁界の極がギャップの狭い側をすべって通過するにつれて、PPF で変調されます。
- PPF 間隔のサイドバンドが主要スペクトルピークの周囲に現れ、深刻度とともに増大します。
3. サイドバンドと診断パターン
静的偏心
ここでは、ロータの中心はステータに対してずれているが、静止している：
- パターン： 高い 2× 線周波数成分（100/120 Hz）で、オフセットがシャフトとともに回転しないため、極通過サイドバンドは弱いか存在しません。
- 原因： ベアリング摩耗、フレームまたはエンドベルの変形、あるいはステータボアの加工誤差。
- 振幅： 2× 線周波数振幅は偏心の深刻度を示します。
動的偏心
ここでは、ロータの中心がステータの中心の周りを公転、あるいは回転しています：
- パターン： PPF（極通過周波数）間隔（上記の4極例では±3.33 Hzなど）の側帯波を伴う、1×運転速度および2×電源周波数ピーク。
- 原因: 曲がったシャフト、ローター 偏心、ローターとステーターの rub or bearing 緩み.
- More severe: これは固定オフセットではなく、能動的な動的相互作用を示します。1×とその高調波の周囲に現れる同じ極通過側帯波群は、ロータバー破損の典型的な兆候です。
混合偏心
- 静的な効果と動的な効果の組み合わせ。
- これは、実際のモーターにおいて最もよく見られる状態です。
- 複雑なサイドバンドパターンを生成する。
- これを正しく解釈するには、慎重な分析が必要である。
4. 診断的解釈
PPFは数ヘルツにすぎないため、1×運転速度および2×電源周波数ピークの周囲にある側帯波の強さによって、連続的な尺度として判定します:
低い — 極通過サイドバンドはノイズフロアをわずかに上回る程度
- 通常の状態。
- 均一なエアギャップと、良好なロータ・ステータの同心度。
- 是正措置は不要です。
中程度 — サイドバンドは明瞭だが、キャリアピークよりはるかに低い
- 軽微なエアギャップ不均一、または初期のローター回路劣化。
- 傾向を監視し、ベアリングの状態を確認してください。
- アクセス可能な場合は、ローターの位置を確認してください。
- 直ちに深刻な問題というわけではないが、注意を払うべき点である。
高い — サイドバンド振幅がキャリアピークに近づいている
- 顕著な偏心、ローターバー破損、またはエアギャップの問題。
- PPF ではっきりした低周波の “うなり” が感じられたり聞こえたりすることがあります。
- ロータとステータが接触する恐れがあります。
- 損傷を加速させる電磁力の増大。
- 修理または交換を計画する。
実際には、アナリストがPPFを単独で評価することはほとんどありません。例えば、次のような携帯型2チャンネルアナライザ バランセット-1A, 軸受ハウジングで使用すると、スペクトルを取得し、1×および電源周波数ピーク周辺の極通過側帯波を分解します。そして同じく重要なのは、支配的成分が電磁的なものか、機械的故障による単純な1×ピークかを確認できることです。この違いがその後の判断をすべて決めます。電磁的なシグネチャならモータ内部へ、電源を切った瞬間に消える明瞭な1×ピークなら アンバランス 次のように修正できます フィールドバランシング ローターを所定の位置にセットする。
5. 他のモーター周波数との関係
PPFは、混雑したモーターのスペクトルの中の一つの成分に過ぎず、その周辺の他の成分との位置関係を把握することが、診断の半分を占めます。60 Hz電源で動作する4極・1750 RPMのモーターにおける典型的な階層構造は以下の通りです：
- スリップ周波数： (1800 − 1750) / 60 ≈ 0.83 Hz.
- PPF： P × slip frequency — ここでは約 3.3 Hz で、この系列の中で最も低い音です。
- Running speed (1×): about 29.2 Hz.
- ライン周波数: 60 Hz（ヨーロッパでは 50 Hz）。
- ローターの機械次数 P × running speed: 約 117 Hz — PPF と誤認されがちですが、これはシャフト速度高調波です。
- 2倍の電源周波数： 120 Hz（または 100 Hz） — 偏心に対する主要な電磁成分。
- ローターバーの通過頻度: ローターバー本数 × running speed で、kHz 帯に達します。
2× 線周波数（120 Hz）と、その近傍にある 倍音 運転速度の成分（ここでは 4次が約 117 Hz）との近接こそが、電磁気的故障が機械的故障と非常に混同されやすい理由であり、振幅だけでなく微細な極通過サイドバンド構造が決定的な手掛かりになる理由でもあります。判断が曖昧な場合、電源遮断が決定的な試験です。電磁成分は磁界とともに即座に消失しますが、機械成分はローターが惰性停止するまで減衰しながら残ります。
6. 修正方法
機械的偏心について
- 摩耗したベアリングを交換してローターの適切なセンタリングを回復します
- 曲がったシャフトを修正するか、ローターを交換してください。
- 取り付けミスによる不具合の場合は、ローターを取り付け直してください。
- エンドベルの位置合わせとボルトの締め付け状態を確認してください。
製造上の偏心
- 深刻な場合は、ローターまたはステーターの再穴あけが必要になることがあります。
- 経済的に妥当な場合は、モーターを交換してください。
- 振動が許容範囲内に収まる場合は、その条件を受け入れる。
- 今後の比較のための基準として記録しておいてください。
エアギャップに関する問題について
- ベアリングの状態を確認し、摩耗している場合は交換してください。
- ロータの軸方向の位置を確認してください。
- フレームの歪みやエンドベルの不具合がないか確認してください。
- アクセス可能な箇所で、実際のエアギャップを測定してください。
要するに、極通過周波数は、すべりに関連したモータ固有の低周波成分であり、ローター–ステーター間の電磁相互作用とエアギャップ均一性を読み解く窓を開きます。その計算方法を理解し、サイドバンドの特徴を見分け、振幅傾向を読むことで、エンジニアは電磁気的故障を自信を持って診断し、そもそも存在しない機械原因を追い回すのではなく、保守作業を正しい箇所へ向けることができます。
