Polių praėjimo dažnio supratimas
Polių praėjimo dažnis (PPF) yra žemo dažnio vibracija komponentas, generuojamas AC indukciniame variklyje, kai besisukantis magnetinis laukas slysta pro rotorių. Jis apskaičiuojamas kaip polių skaičius padaugintas iš slydimo dažnis: PPF = polių skaičius × (sinchroninis greitis − faktinis greitis) / 60. Kadangi slydimas yra mažas, PPF yra labai žemas dažnis — paprastai tik keli hercai — ir paprastai pasirodo ne kaip atskiras pikas, o kaip šoninės juostos išdėstytos PPF atstumu aplink bėgimo greičio ir tinklo dažnio komponentus. Ši su slydimu susijusi moduliacija labai sustiprėja, kai variklyje yra air-gap ekscentriškumas, nutrūkę rotoriaus strypai arba rotoriaus ir statoriaus išlygiavimo problema. Dėl to PPF yra viena naudingiausių priemonių atskirti elektros gedimai nuo grynai mechaninių.
Diagnostiniu požiūriu PPF svarbus todėl, kad padidėję šoninės juostos išsidėstę šiuo dažniu aiškiai rodo elektromagnetinę problemą — ekscentrišką rotorių, nutrūkusius rotoriaus strypus, netolygų oro tarpą arba dinaminę rotoriaus ir statoriaus sąveiką — o ne disbalansas arba nesuderinimas. Teisingai interpretuotas, jis analitikui parodo, ar reikia atidaryti variklį, ar ieškoti gedimo kitur mašinų grandinėje.
1. Polių praėjimo dažnio apskaičiavimas
Pagrindinė formulė
- PPF = P × (Nsync − N) / 60
- kur P = polių skaičius,
- Nsync = sinchroninis greitis RPM (Nsync = 120 × tinklo dažnis / P),
- N = faktinis rotoriaus greitis RPM,
- o rezultatas yra Hz. Dydis (Nsync − N) / 60 yra slydimo dažnis, išreikštas Hz.
Atkreipkite dėmesį, kad PPF grindžiamas difference tarp sinchroninio ir faktinio greičio — tai slydimas. Be apkrovos indukcinis variklis dirba beveik sinchroniniu greičiu, todėl PPF artėja prie nulio; didėjant apkrovai, slydimas ir kartu PPF didėja, paprastai pasiekdami maždaug 0.5–3.5 Hz vardinės apkrovos sąlygomis. Nepainiokite PPF su grynai mechanine eile P × bėgimo greitis (4 polių varikliui ties 1750 RPM tai apie 116.7 Hz) — tai veleno sukimosi harmonika, o ne polių praėjimo dažnis. Kai reikia greitai paversti bėgimo greitį į eilių šeimą, mūsų Harmoninio dažnio skaičiuoklė konvertuoja RPM į Hz visose 1×–10× harmonikose, o Variklio elektros gedimų dažnio skaičiuoklė elektromagnetines dažnių reikšmes pateikia greta.
Išdirbti pavyzdžiai
4 polių variklis 1750 RPM (50 Hz maitinimas):
- Sinchroninis greitis Nsync = 120 × 60 / 4 = 1800 RPM.
- Slydimo dažnis = (1800 − 1750) / 60 = 0.83 Hz.
- PPF = 4 × (1800 − 1750) / 60 = 3.33 Hz
- Vibracijos spektras ji pasireiškia kaip šoninės juostos, nutolusios ±3.33 Hz aplink 1× darbinio sukimosi greičio piką (29.2 Hz) ir aplink 2× tinklo dažnį (120 Hz) — diagnostinis ekscentriciteto ir lūžusių rotoriaus strypų modelis.
6 polių variklis 970 RPM (50 Hz maitinimas):
- Sinchroninis greitis Nsync = 120 × 50 / 6 = 1000 RPM.
- Slydimo dažnis = (1000 − 970) / 60 = 0.5 Hz.
- PPF = 6 × (1000 − 970) / 60 = 3.0 Hz
- Šoninės juostos, nutolusios tik ±3.0 Hz aplink 1× piką (16.2 Hz) arba aplink 2× tinklo dažnį (100 Hz), lengvai nepastebimos.
- Jų atskyrimui reikia kruopščios, didelės raiškos spektrinė analizė.
2. Fizinis mechanizmas
Kaip generuojama elektromagnetinė jėga
Įvykių grandinė, sukurianti PPF, yra paprasta:
- Statoriaus apvijos sukuria magnetinį lauką, kuris sukasi sinchroniniu greičiu.
- Tas laukas organizuojamas į magnetinius polius pagal N–S–N–S schemą.
- Rotorius sukasi šiek tiek lėčiau dėl slydimo, todėl lauko poliai nuolat slenka pro rotorių, užuot išlikę su juo užrakinti.
- Kiekvieną kartą, kai lauko polius praslysta pro tam tikrą vietą ant rotoriaus (didelės varžos strypą, ekscentrišką oro tarpo pusę), magnetinė jėga, veikianti tą vietą, yra moduliuojama.
- With P polių, ši vieta praeinama P kartų per vieną slydimo ciklą.
- Todėl gautos moduliacijos dažnis yra P × slydimo dažnis = PPF — lėtas “mušimas”, uždėtas ant bėgimo greičio ir tinklo dažnio vibracijos.
Tolygus oro tarpas — sveikas variklis
- Rotorius yra statoriaus išgręžimo centre.
- Oro tarpas yra tolygus visu apskritimu.
- Magnetinės jėgos yra subalansuotos ir viena kitą kompensuoja.
- Todėl su PPF susijusi moduliacija yra labai mažos amplitudės.
Ekscentrinis oro tarpas — defektinis variklis
- Rotorius yra išcentruotas guolių susidėvėjimas, a sulenktas velenas, arba gamybos klaida.
- Viename šone oro tarpas yra mažesnis, o priešingame — didesnis.
- Magnetinės jėgos tampa nesubalansuotos — didesnės ten, kur tarpas mažesnis.
- Atsiranda bendra radialinė jėga — nesuvyringoji magnetinė trauka — ir ji moduliuojama PPF, kai lauko poliai slysta pro siaurąją tarpo pusę.
- Aplink pagrindinius spektrinius pikus atsiranda PPF atstumu išsidėsčiusios šoninės juostos, kurios didėja didėjant sunkumui.
3. Šoninės juostos ir diagnostiniai modeliai
Statinė ekscentriškumas
Čia rotoriaus centras yra pasislinkęs, tačiau statinis storiaus atžvilgiu:
- Raštas: padidėjęs 2× tinklo dažnio komponentas (100/120 Hz); polių praėjimo šoninės juostos yra silpnos arba jų nėra, nes poslinkis nesisuka kartu su velenu.
- Priežastis: guolių nusidėvėjimas, rėmo arba galinio dangčio deformacija arba apdirbimo klaida statoriaus angoje.
- Amplitudė: 2× tinklo dažnio amplitudė rodo ekscentriškumo sunkumą.
Dinaminis ekscentriškumas
Čia rotoriaus centras sukasi arba skrieja aplink statoriaus centrą:
- Raštas: 1× darbinio sukimosi greičio ir 2× tinklo dažnio pikai su šoninėmis juostomis, išdėstytomis PPF atstumu (pvz., ±3.33 Hz aukščiau pateiktame 4 polių pavyzdyje).
- Priežastys: sulenktas velenas, rotorius ekscentriškumas, rotoriaus ir statoriaus trinti or bearing laisvumas.
- More severe: tai rodo aktyvią dinaminę sąveiką, o ne fiksuotą poslinkį. Ta pati poliaus perėjimo dažnio šoninių juostų grupė aplink 1× ir jo harmonikas yra klasikinis lūžusių rotoriaus strypų požymis.
Mišrus ekscentriškumas
- Statinių ir dinaminių efektų derinys.
- Tai yra dažniausiai aptinkama būsena realiuose varikliuose.
- Jis sukuria sudėtingus šalutinių pulsų modelius.
- Teisingam interpretavimui reikalinga kruopšti analizė.
4. Diagnostinis interpretavimas
Kadangi PPF yra tik kelių hercų dažnis, jis vertinamas pagal jo šoninių juostų stiprumą aplink 1× darbinio sukimosi greičio ir 2× tinklo dažnio pikus, skaitant kaip kontinuumą:
Žema — polių praėjimo šoninės juostos vos matomos virš triukšmo lygio
- Normali būsena.
- Vienodas oro tarpas ir gera rotoriaus–statoriaus koncentriškumas.
- Jokių korekcijos priemonių nereikia.
Vidutinė — šoninės juostos aiškiai matomos, bet gerokai mažesnės už nešančiojo piko amplitudę
- Nedidelis oro tarpo netolygumas arba ankstyva rotoriaus grandinės degradacija.
- Stebėkite tendenciją ir patikrinkite guolių būklę.
- Patikrinkite rotoriaus padėtį, jei ji prieinama.
- Nėra iš esmės kritiškai, tačiau reikalinga dėmesio.
Didelė — šoninės juostos amplitudė artėja prie nešančiojo piko
- Reikšmingas ekscentriškumas, nutrūkę rotoriaus strypai arba oro tarpo problema.
- Ties PPF gali būti juntamas arba girdimas ryškus žemo dažnio “mušimas”.
- Rotoriaus ir statoriaus kontakto rizika.
- Didėjančios elektromagnetinės jėgos, spartinančios gedimą.
- Planuokite remontą arba pakeitimą.
Praktikoje analitikas retai vertina PPF atskirai. Nešiojamas dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A, naudojamas prie guolių korpusų, užfiksuoja spektrą ir išskiria poliaus perėjimo dažnio šonines juostas aplink 1× ir tinklo dažnio pikus — ir, ne mažiau svarbu, patvirtina, ar dominuojantis komponentas yra elektromagnetinis, ar paprastas mechaninio gedimo 1× pikas. Šis skirtumas lemia viską, kas vyksta toliau: elektromagnetinis požymis nukreipia į variklio vidų, o švarus 1× pikas, kuris dingsta vos nutraukus maitinimą, rodo disbalansas galite ištaisyti lauko balansavimas rotorius vietoje.
5. Ryšys su kitais variklio dažniais
PPF yra vienas tonas perpildytame variklio spektre, ir pusė sėkmės yra atpažinti, kur jis yra kitų gretimų dažnių atžvilgiu. Tipinė 4 polių, 1750 RPM variklio, veikiančio nuo 60 Hz tinklo, hierarchija yra tokia:
- Slydimo dažnis: (1800 − 1750) / 60 ≈ 0.83 Hz.
- PPF: P × slydimo dažnis — čia apie 3.3 Hz, žemiausias tonas šioje šeimoje.
- Running speed (1×): about 29.2 Hz.
- Tinklo dažnis: 60 Hz (arba 50 Hz Europoje).
- Rotoriaus mechaninė eilė P × bėgimo greitis: apie 117 Hz — dažnai klaidingai laikoma PPF, tačiau tai yra veleno greičio harmonika.
- 2× tinklo dažnis: 120 Hz (arba 100 Hz) — pagrindinis elektromagnetinis komponentas ekscentriškumui.
- Rotoriaus strypo praėjimo dažnis: rotoriaus strypų skaičius × bėgimo greitis, kilohercų diapazone.
Nedidelis atstumas tarp 2× tinklo dažnio (120 Hz) ir artimos harmonikos bėgimo greičio eilės (čia 4-oji eilė yra apie 117 Hz) tiksliai paaiškina, kodėl elektromagnetiniai gedimai taip lengvai painiojami su mechaniniais — ir kodėl sprendžiamasis požymis yra smulki polių praėjimo šoninių juostų struktūra, o ne vien amplitudė. Kai vaizdas lieka neaiškus, galutinis testas yra maitinimo išjungimas: elektromagnetinis komponentas iš karto išnyksta kartu su lauku, o mechaninis nyksta tik rotoriui laisvai lėtėjant.
6. Koregavimo metodai
Mechaniniam ekscentriškumui
- Pakeiskite susidėvėjusius guolius, kad atkurtumėte tinkamą rotoriaus centravimą
- Ištaisykite sulenktos veleno defektą arba pakeiskite rotorių.
- Pakeiskite rotoriaus montavimo padėtį, jei gedimas atsirado dėl montavimo klaidos.
- Patikrinkite galinio dangčio lygiavimą ir varžtų tvirtumą.
Gamybos nuokrypiams
- Sunkiais atvejais gali prireikti pertekinėti rotorių arba statorių.
- Pakeiskite variklį, kai tai ekonomiškai pagrįsta.
- Priimkite esamą būklę, jei vibracija išlieka priimtinose ribose.
- Užfiksuokite tai kaip atskaitos tašką būsimiems palyginimams.
Oro tarpo problemoms
- Patikrinkite guolių būklę ir pakeiskite, jei jie susidėvėję.
- Patikrinkite rotoriaus ašinę padėtį.
- Patikrinkite, ar nėra rėmo deformacijos arba galinių dangčių problemų.
- Išmatuokite faktinį oro tarpą ten, kur jis prieinamas.
Apibendrinant, polių praėjimo dažnis yra su slydimu susijęs, varikliui būdingas žemo dažnio komponentas, atveriantis langą į rotoriaus ir statoriaus elektromagnetinę sąveiką bei oro tarpo tolygumą. Gebėjimas jį apskaičiuoti, atpažinti jo šoninių juostų parašus ir vertinti jų amplitudės tendencijas leidžia inžinieriui užtikrintai diagnozuoti elektromagnetinius gedimus — ir nukreipti techninės priežiūros pastangas ten, kur reikia, užuot ieškojus mechaninės priežasties, kurios iš tiesų nėra.
