Разбирање на електричната фреквенција кај моторите
Електрична фреквенција — исто така наречена мрежна фреквенција, фреквенција на електричната мрежа или фреквенција на напојувањето — е фреквенцијата на наизменичната струја што се доведува до електричните мотори и другата електрична опрема. Два стандарди доминираат ширум светот: 60 Hz во Северна Америка, делови од Јужна Америка и некои азиски земји, и 50 Hz низ Европа, најголемиот дел од Азија, Африка и Австралија. Овој единствен број ја одредува синхроната брзина на секој AC мотор на напојувањето и генерира фамилија на електромагнетни сили — и оттука вибрации компоненти — на умножоци од мрежната фреквенција.
Во моторот анализа на вибрации, мрежната фреквенција и нејзините хармоници, особено двојната мрежна фреквенција (2×f), се клучни дијагностички индикатори за електромагнетни проблеми, дефекти на статорот и неправилности во воздушниот зјај. Правилното нивно читање е тоа што му овозможува на аналитичарот да разликува електричен дефект од механички кај истиот спектар.
1. Однос со брзината на моторот
Синхрона брзина
Кај AC индукциски мотор, синхроната брзина на ротирачкото магнетно поле е определена од мрежната фреквенција и бројот на полови:
Nсинхроно = (120 × f) / P — каде што Nсинхроно е синхрона брзина во RPM, f е електрична фреквенција во Hz, а P е бројот на полови.
Реалната работна брзина секогаш е малку помала од синхроната бидејќи индукцискиот ротор мора да лизга за да развие вртежен момент.
Вообичаени брзини на моторите
На 60 Hz напојување синхроните брзини се 3600 RPM за 2-полен мотор (околу 3550 RPM во работа), 1800 RPM за 4-полен (околу 1750 RPM), 1200 RPM за 6-полен (околу 1170 RPM) и 900 RPM за 8-полен (околу 875 RPM). На 50 Hz напојување истите броеви на полови даваат 3000 RPM (околу 2950 RPM реално), 1500 RPM (околу 1450), 1000 RPM (околу 970) и 750 RPM (околу 730). Калкулаторот за лизгање на моторот и реалните RPM директно ги претвора натписната плочка и измерената брзина во овие бројки.
Фреквенција на лизгање
Разликата помеѓу синхроната и реалната брзина го дефинира фреквенција на лизгање:
fs = (Nсинхроно − Nактуелно) / 60
- Типичното лизгање изнесува 1–5% од синхроната брзина.
- Резултирачката фреквенција на лизгање обично е само 1–3 Hz.
- Зависи од оптоварувањето — лизгањето се зголемува кога моторот работи понапорно.
- Клучно е за дијагностицирање на електричните дефекти на роторот, бидејќи дефектите на роторските прачки ја модулираат вибрацијата на фреквенцијата на минување на половите, која претставува лизгање помножено со бројот на полови.
2. Електромагнетни вибрациски компоненти
Двојна мрежна фреквенција (доминантната компонента)
Најважната електромагнетна компонента се наоѓа на 2×f — 120 Hz при напојување од 60 Hz, 100 Hz при напојување од 50 Hz. Таа настанува затоа што магнетното привлекување помеѓу статорот и роторот пулсира двапати по електричен циклус. Мала количина е нормална кај секој AC мотор, па самото нејзино присуство не е дефект; сепак, зголемено и растечко 2×f укажува на проблеми со статорот, нерамномерен воздушна празнина, или магнетна нерамнотежа.
Мрежна фреквенција (1×f)
Компонента на самата мрежна фреквенција — 50 или 60 Hz — обично има помала амплитуда од 2×f. Може да оддаде нерамнотежа во напонот на напојувањето и може да ги придружува дефектите на статорската намотка.
Повисоки хармоници
Компонентите на 4×f, 6×f и повеќе (240 Hz, 360 Hz кај систем од 60 Hz) обично се ниски кај здрав мотор. Кога растат, тие можат да укажат на проблеми со намотката или на проблеми со ламинацијата на јадрото.
3. Дијагностичко значење
Нормална амплитуда на 2×f
Кај исправен мотор компонентата 2×f обично е под околу 10% од 1× работна брзина нивото, останува релативно постојана со текот на времето и се појавува во сите насоки, иако честопати е најсилна радијално. Утврдувањето на тоа нормално ниво е тоа што прави подоцнежниот пораст да биде значаен.
Зголемено 2×f и што значи тоа
- Проблеми со статорската намотка: меѓунавојни кратки споеви или фазна нерамнотежа го зголемуваат 2×f со текот на времето, честопати придружено со пораст на температурата и мерлива нерамнотежа на струјата помеѓу фазите.
- Ексцентричност на воздушниот зјај: нерамномерен зјај поради ротор ексцентричност или абење на лежиштата создава неурамнотежени магнетно привлекување, зголемувајќи го 2×f и фреквенциите на минување на половите заедно — мешавина од механички и електромагнетни ефекти.
- Мека нога или резонанца на рамката: ако мека нога или на рамката’ природна фреквенција лежи близу 2×f, структурна резонанца ја засилува електромагнетната вибрација; вибрацијата на рамката тогаш далеку ја надминува вибрацијата на лежиштето, а лекот е структурно зајакнување или додадено пригушување.
4. Фреквентно управувани погони
Фреквентно управуваниот погон (VFD) намерно ја менува излезната фреквенција — обично 0–120 Hz — и брзината на моторот ја следи, така што секоја електромагнетна фреквенција, вклучувајќи го 2×f и компонентите на минување на половите, се скалира со излезот на погонот наместо да седи на фиксни 50 или 60 Hz. Таа подвижност има практични последици за вибрациите:
- Фреквенции на префрлување: PWM носачот инјектира компоненти во kHz-опсег врз основната.
- Струи низ лежиштата: високофреквентните струи можат да создадат јамички и жлебови на лежиштата ако вратилото не е правилно заземјено.
- Торзиони вибрации: пулсациите на вртежниот момент се појавуваат на разни фреквенции.
- Побудување на резонанца: менлива брзина што се менува низ опсег може да помине низ структурни резонанци и моментално да ја засили вибрацијата.
5. Практични примери за дијагностика
Случај 1 — висока вибрација на 2×f
Мотор со 4 полови на 60 Hz што работи близу 1750 RPM покажува компонента на 120 Hz од 6 mm/s, значително над неговото ниво на 1× работна брзина од околу 2 mm/s. Бидејќи енергијата е концентрирана на двојната мрежна фреквенција наместо на работната брзина, показателот укажува на проблем со намотката на статорот или ексцентричност на воздушниот процеп наместо на механичка дебаланс. Термалното снимање потоа открива жешка точка во статорот и се измерува дисбаланс на струјата меѓу фазите, потврдувајќи ја дијагнозата; корективната акција е премотување или замена на моторот.
Случај 2 — странични ленти околу работната брзина
Врвовите се појавуваат на 1× ± растојанието поврзано со лизгањето (неколку Hz), учебникарскиот потпис на скршени прачки на роторот. Анализата на потписот на струјата на моторот го покажува истиот бочна лента образец во напојувачката струја, а следењето на амплитудата на страничните ленти со текот на времето дава време однапред за планирање на замена. И двата случаи спаѓаат во пошироката фамилија на електрични дефекти што анализата на вибрации е добро поставена да ги раздвои од механичките.
6. Најдобри практики за следење
Поставување на спектарот
Поставете ја максималната фреквенција над 500 Hz за анализата да ги фати 2×f и неговите хармоници, и изберете доволна резолуција за да ги раздвоите блиску поставените странични ленти — подобра од околу 0.5 Hz резолуција за работа со фреквенцијата на лизгање. Мерете хоризонтално, вертикално и аксијално, бидејќи електромагнетните и механичките компоненти се распределуваат различно по правци.
Основни вредности и трендови
Забележете ја амплитудата на 2×f кога моторот е нов или свежо премотан, воспоставете нормални нивоа за секој тип мотор во постројката, и поставете граници за аларм — обично два до три пати базна линија за 2×f. Потоа следете ги трендовите на важните параметри: амплитудата на 2× мрежната фреквенција, компонентите на минување на половите, амплитудите и обрасците на страничните ленти, вкупното ниво на вибрации, и вообичаените показатели за состојбата на лежиштата. Набљудувањето како тие вредности се движат со текот на времето, преку дисциплинирано анализа на трендови, е она што претвора еден спектар во рано предупредување.
7. Мерење на терен
Раздвојувањето на електричниот потпис од механичкиот започнува со чисто мерење на амплитудата, фреквенцијата и фаза на машината. Преносен двоканален инструмент како што е Balanset-1A го снима FFT спектарот и синхрониот референтен сигнал потребен за прецизно позиционирање на овие компоненти во однос на работната брзина и нејзините хармоници, помагајќи да се потврди дали врв близу 100 или 120 Hz е електромагнетен или едноставно структурен одговор. И штом ќе се исклучи електричната причина и преостанатата дебаланс е идентификувана како вистински двигател на вибрацијата на 1×, истиот инструмент го изведува балансирање на терен балансирањето што ја коригира — правејќи го знаењето за мрежната фреквенција директно применливо на работниот под.
Електричната фреквенција е фундаментална за разбирање како работи и како откажува еден AC мотор. Препознавањето на компонентите на мрежната фреквенција — пред сè 2×f — во вибрацискиот спектар, и познавањето на електромагнетните феномени зад нив, му овозможува на аналитичарот да ја повлече клучната граница меѓу механичките и електричните дефекти и да ја насочи вистинската дијагностичка и корективна акција.
