Slydimo dažnio supratimas indukciniuose varikliuose
Slydimo dažnis tai sinchroninio greičio – statoriaus magnetinio lauko sukimosi greičio – ir indukcinio variklio tikrojo rotoriaus greičio skirtumas, išreikštas hercais. Jis rodo, kaip greitai magnetinis laukas „slysta“ pro rotoriaus laidininkus, o būtent šis santykinis judėjimas sukelia rotoriaus srovę, kuri sukuria sukimo momentą. Slydimo dažnis yra esminis indukcinio variklio veikimo principas, ir jis yra lygiai taip pat svarbus variklio diagnostika, nes — per polių perėjimo dažnis (slydimo dažnis × polių skaičius) — jis nustato šoninė juosta tarpai vibracija ir dabartiniai parašai rotoriaus strypo defektai.
Varikliui, veikiančiam esant įprastinei apkrovai, slydimo dažnis paprastai svyruoja nuo 0,5-3 Hz. Jis didėja didėjant apkrovai, todėl tai yra netiesioginis, bet patogus rodiklis, leidžiantis įvertinti, kaip intensyviai dirba variklis. Teisingas variklio vibracijos spektro įvertinimas – ir elektromagnetinių gedimų diagnozavimas remiantis juo – priklauso nuo supratimo, kas yra slydimas.
1. Kaip veikia slydimas indukciniuose varikliuose
Indukcijos principas
Indukcinis variklis sukuria sukimo momentą per elektromagnetinių reiškinių grandinę:
- Statoriaus apvijos sukuria magnetinį lauką, kuris sukasi sinchroniniu greičiu.
- Šis laukas sukasi šiek tiek greičiau nei rotorius.
- Santykinis lauko ir rotoriaus strypų judėjimas sukelia srovę rotoriuje.
- Ši indukuota srovė sukuria rotoriaus magnetinį lauką.
- Statoriaus ir rotoriaus laukų sąveika sukuria sukimo momentą.
- Svarbiausias dalykas: jeigu rotorius kada nors pasiektų sinchroninį greitį, nebūtų jokio santykinio judėjimo, jokios indukcijos, taigi ir jokio sukamojo momento.
Kodėl slydimas yra būtinas
- Kad indukcija apskritai įvyktų, rotorius turi suktis lėčiau nei sinchroninis greitis.
- Kuo didesnis slydimas, tuo daugiau indukuojama srovės ir tuo didesnis sukimo momentas sukuriamas.
- Be apkrovos slydimas yra minimalus – apie 1 %.
- Esant pilnai apkrovai, jis yra didesnis – paprastai 3–5 %.
- Slydimas – tai mechanizmas, kuriuo variklis automatiškai pritaiko savo sukimo momentą prie apkrovos.
2. Slydimo dažnio apskaičiavimas
Pagrindinė formulė
fs = (Nsync - Ntikrasis) / 60
kur fs = slydimo dažnis (Hz), Nsync = sinchroninis greitis (aps/min) ir Ntikrasis = faktinis rotoriaus sukimosi greitis (aps/min).
Slydimo procento naudojimas
- Slydimas (%) = [(Nsync - Ntikrasis) / Nsync] × 100
- fs = (Slip% × Nsync) / 6000
Trys susiję dydžiai lengvai supainiojami, todėl verta juos atskirti: tai slydimo dažnis fs apibrėžtas aukščiau (greičio skirtumas Hz — šiame žodyne naudojama konvencija); elektrinis slydimo dažnis s·flinija (rotoriuje indukuotų srovių dažnis, kur s yra santykinis slydimas); ir polių perėjimo dažnis FP = polių skaičius × fs = 2·s·flinija, kuris yra šoninių juostų žingsnis, iš tikrųjų stebimas rotoriaus strypų diagnostikoje. Pats sinchroninis greitis nustatomas iš maitinimo tinklo dažnis ir polių skaičių. Jei nenorite skaičiuoti rankiniu būdu, Variklio slydimo ir faktinių apsukų skaičiuoklė paverčia techninių duomenų lentelėje nurodytus duomenis į slydimą ir darbinį greitį.
Praktiniai pavyzdžiai
4-polių, 60 Hz variklis be apkrovos:
- Nsync = 1800 APS/MIN, Ntikrasis = 1795 aps/min (maža apkrova)
- fs = (1800 − 1795) / 60 = 0,083 Hz; nuokrypis = 0,3 %
Tas pats variklis esant pilnai apkrovai:
- Nsync = 1800 APS/MIN, Ntikrasis = 1750 aps/min (nominalusis greitis)
- fs = (1800 − 1750) / 60 = 0,833 Hz; slydimas = 2,8 %
2-polių, 50 Hz variklis:
- Nsync = 3000 APS/MIN, Ntikrasis = 2950 APS/MIN
- fs = (3000 − 2950) / 60 = 0,833 Hz; slydimas = 1,7 %
3. Slydimo dažnis vibracijos diagnostikoje
Šoninių juostų tarpai rotoriaus strypo defektams
Tai yra svarbiausias slydimo dažnio diagnostinis pritaikymas. Sulūžusi arba įtrūkusi rotoriaus strypo dalis sukelia elektromagnetinę asimetriją, kuri moduliuoja 1× sukimosi greitis piką, suformuodamas šonines juostas, išdėstytas polių praėjimo dažniu FP = ašmenys × fs:
- Raštas: šoninės juostos aplink 1× darbinį sukimosi greitį ties ±FP, ±2FP, ±3FP.
- Pavyzdys: 4 polių, 1750 RPM variklis (29.2 Hz) su fs = 0.83 Hz, taigi FP = 4 × 0.83 = 3.33 Hz.
- Šoninės juostos ties: 25.8 Hz ir 32.5 Hz aplink 29.2 Hz piką, taip pat 22.5 Hz ir 35.8 Hz ir t. t.
- Diagnozė: šios simetriškos šoninės juostos rodo sulūžusios arba įtrūkusios rotoriaus strypai.
- Amplitudė: šoninių juostų aukštis atspindi sulaužytų juostelių skaičių ir pažeidimų sunkumą.
Dabartinė parašo analizė
Variklio srovės spektrai (MCSA) rodo labai panašų modelį, susijusį su maitinimo linijos dažniu:
- Rotoriaus strypo defektai sukelia šoninių juostų susidarymą aplink tinklo dažnį.
- Modelis: flinija ± 2·s·flinija, kur s yra vieneto slydimas – tas pats ±FP tarpai tokie pat kaip vibracijoje, nes 2·s·flinija = FP.
- Aukščiau pateiktam 4 polių 60 Hz varikliui (s = 50/1800 ≈ 2.8%, FP = 3.33 Hz), šoninės juostos yra ties 56.7 Hz ir 63.3 Hz.
- Tai nepriklausomai patvirtina rotoriaus strypo diagnozę, nustatytą remiantis vibracija. Variklio elektros gedimų dažnio skaičiuoklė nurodo šias numatomas srovės šonines juostas bet kuriam varikliui.
4. Slydimas kaip apkrovos indikatorius
Slydimas kinta priklausomai nuo apkrovos
- Nėra apkrovos: 0,2–1 % slydimas (0,1–0,5 Hz tipiniams varikliams).
- Pusė apkrovos: 1–2 % nuokrypis (0,5–1,0 Hz).
- Pilna apkrova: 2–5 % nuokrypis (1–2,5 Hz).
- Perkrova: slydimas didesnis nei 5 % (daugiau nei 2,5 Hz).
- Pradžia: 100 % slydimas — slydimo dažnis lygus tinklo dažniui, nes rotorius trumpam sustoja.
Pakrovimo įvertinimas naudojant slydimą
- Tiksliai išmatuokite faktinį variklio sūkių skaičių.
- Apskaičiuokite nuokrypį nuo sinchroninio greičio.
- Palyginkite jį su vardinėje plokštelėje nurodytu vardiniu slydimu esant pilnai apkrovai.
- Apskaičiuokite variklio apkrovą procentais.
- Tai ypač naudinga tais atvejais, kai negalima tiesiogiai išmatuoti galios.
5. Veiksniai, darantys įtaką slydimui
Dizaino veiksniai
- Rotoriaus pasipriešinimas: didesnis pasipriešinimas lemia didesnį slydimą.
- Variklių projektavimo kursas: NEMA konstrukcijos klasė lemia slydimo charakteristikas.
- Įtampa: Mažesnė įtampa didina slydimą esant tam pačiam apkrovos dydžiui.
Veikimo sąlygos
- Apkrovos sukimo momentas: pagrindinis slydimo veiksnys.
- Maitinimo įtampa: Dėl per mažos įtampos padidėja slydimas.
- Dažnio kitimas: Maitinimo dažnio pokyčiai keičia sinchroninį greitį ir, atitinkamai, slydimą.
- Temperatūra: Karštas rotorius pasižymi didesne varža, o tai didina slydimą.
Variklio būklė
- Sulūžę rotoriaus strypai padidina slydimą, nes sukimo momento generavimas tampa mažiau efektyvus.
- Statoriaus apvijų gedimai gali pasislinkti pavaros.
- Guolių gedimai, dėl kurių padidėja trintis, šiek tiek padidina slydimą.
6. Kaip matuojamas slydimo dažnis
Tiesioginis greičio matavimas
- Naudokite tachometras arba stroboskopą, kad būtų galima nustatyti tikrąjį apsisukimų skaičių per minutę.
- Sinchroninį greitį nustatykite pagal duomenis, nurodytus ant gaminio lentelės (polių skaičių ir dažnį).
- Apskaičiuokite slydimą kaip fs = (Nsync - Ntikrasis) / 60.
- Tai yra tiksliausias metodas.
Iš vibracijos spektro
- Tiksliai nustatykite 1× darbinio sukimosi greičio piką.
- Paverskite tą piko dažnį darbinio sukimosi greičiu.
- Nustatykite slydimą pagal skirtumą nuo sinchroninio greičio.
- Tam reikalinga aukšta skiriamoji geba FFT; ; FFT skiriamosios gebos skaičiuoklė padeda nustatyti pakankamą linijų skaičių, kad būtų galima atskirti slydimo dažniu atskirtus pikus.
Iš šoninės juostos tarpų
- Jei yra rotoriaus strypo defekto šoninės juostos, atstumas tarp jų yra . polių praėjimo dažnį; padalijus jį iš polių skaičiaus, tiesiogiai gaunamas slydimo dažnis.
- Patogu — tačiau galima pasinaudoti tik tada, kai atsiranda gedimas.
Praktikoje šie matavimai atliekami vietoje naudojant nešiojamą dviejų kanalų prietaisą. Balanset-1A registruoja vibracijos spektrą variklio guolyje, o jo optinis lazerinis tachometras nuskaito tikrąjį veleno greitį, todėl galite tiksliai nustatyti 1× dažnį, apskaičiuoti slydimą ir ieškoti polių praėjimo žingsniu išsidėsčiusių šoninių juostų, kurios išduoda rotoriaus strypų pažeidimą — ir visa tai neišjungiant variklio. Kadangi slydimas kinta priklausomai nuo apkrovos, informatyviausi matavimai atliekami mašinai dirbant įprastu režimu.
7. Praktinis taikymas diagnostikoje
Normalios slydimo vertės
- Užfiksuokite kiekvieno variklio bazinį slydimą esant kelioms apkrovoms.
- Paprastai esant pilnai apkrovai slydimas sudaro 1–3 % — visada patikrinkite vardinių duomenų lentelę.
- Slydimas, viršijantis vardinių duomenų lentelėje nurodytą vertę, gali rodyti perkrovą arba variklio gedimą.
- Jei esant tam tikrai apkrovai rodmenys nukrypsta žemyn nuo numatytos vertės, tai gali reikšti elektrinį gedimą.
Nenormalūs slydimo indikatoriai
- Per didelis slydimas: variklis perkrautas, rotoriaus strypai nulūžę arba rotoriaus varža per didelė.
- Kintamas slydimas: apkrovos svyravimai arba elektros tiekimo nestabilumas.
- Mažas slydimas esant apkrovai: galima statoriaus gedimo arba įtampos problema.
Slydimo dažnis yra tiek asinchroninio variklio veikimo, tiek jo diagnostikos šerdis. Būdamas polių praėjimo šoninių juostų žingsnio, atskleidžiančio rotoriaus strypų defektus, pagrindu ir kartu variklio apkrovos pakaitiniu rodikliu, jis viename skaičiuje talpina daug būklės informacijos. Tikslus jo nustatymas leidžia analitikui teisingai interpretuoti variklio vibracijos ir srovės požymius — ir atskirti normalų darbą nuo besivystančio gedimo.
