Разбирање на фреквенцијата на лизгање кај асинхроните мотори
Фреквенција на лизгање е разликата помеѓу синхроната брзина — ротациската брзина на магнетното поле на статорот’ — и вистинската брзина на роторот на индукциски мотор, изразена во херци. Таа мери колку брзо магнетното поле “лизга” покрај спроводниците на роторот, и токму тоа релативно движење е она што ја индуцира струјата во роторот што создава вртежен момент. Фреквенцијата на лизгање е фундаментална за начинот на кој работи индукцискиот мотор, и таа е подеднакво фундаментална за дијагностика на мотори, бидејќи — преку фреквенција на минување на половите (фреквенција на лизгање × број на полови) — го одредува бочна лента растојанието во вибрации и струјните потписи на дефекти на прачките на роторот.
За мотор што работи под нормално оптоварување, фреквенцијата на лизгање обично е во опсег од 0.5–3 Hz. Таа расте со оптоварувањето, што ја прави индиректна, но погодна мерка за тоа колку напорно работи моторот. Правилното читање на вибрацискиот спектар на моторот — и дијагностицирањето на електромагнетните дефекти од него — зависи од разбирањето на лизгањето.
1. Како функционира лизгањето кај индукциските мотори
Принципот на индукција
Индукцискиот мотор создава вртежен момент преку синџир од електромагнетни настани:
- Намотките на статорот создаваат магнетно поле што ротира со синхрона брзина.
- Ова поле се врти малку побрзо од роторот.
- Релативното движење помеѓу полето и прачките на роторот индуцира струја во роторот.
- Таа индуцирана струја го создава сопственото магнетно поле на роторот’.
- Интеракцијата на полињата на статорот и роторот создава вртежен момент.
- Клучна поента: ако роторот некогаш ја достигнеше синхроната брзина, немаше да има релативно движење, немаше да има индукција, и оттука немаше да има вртежен момент.
Зошто е неопходно лизгањето
- Роторот мора да работи побавно од синхроната брзина за воопшто да се случи индукција.
- Колку е поголемо лизгањето, толку повеќе струја се индуцира и толку повеќе вртежен момент се создава.
- При празен од лизгањето е минимално — околу 1%.
- При полно оптоварување е поголемо — обично 3–5%.
- Лизгањето е механизмот со кој моторот автоматски го усогласува својот вртежен момент со оптоварувањето.
2. Пресметување на фреквенцијата на лизгање
Основната формула
fs = (Nсинхроно − Nактуелно) / 60
каде fs = фреквенција на лизгање (Hz), Nсинхроно = синхрона брзина (RPM), и Nактуелно = вистинска брзина на роторот (RPM).
Користење на процент на лизгање
- Лизгање (%) = [(Nсинхроно − Nактуелно) / Nсинхроно] × 100
- fs = (Лизгање% × Nсинхроно) / 6000
Три поврзани величини лесно се мешаат, па затоа исплатливо е да се држат разделени: фреквенција на лизгање fs дефинирана погоре (разликата во брзина во Hz — конвенцијата што се користи низ целиот овој речник); електрична фреквенција на лизгање s·fмрежа (фреквенцијата на струите индуцирани во роторот, каде што s е лизгањето по единица); и фреквенција на минување на половите FP = број на полови × fs = 2·s·fмрежа, што е растојанието на страничните ленти што реално се набљудува во дијагностиката на роторните прачки. Самата синхрона брзина произлегува од напојната фреквенција на мрежата и бројот на полови. Ако претпочитате да не го пресметувате рачно, Калкулатор за лизгање на моторот и вистински вртежи (RPM) ги претвора податоците од натписната плочка директно во лизгање и работна брзина.
Решени примери
4-полен мотор на 60 Hz при празен од:
- Nсинхроно = 1800 RPM, Nактуелно = 1795 RPM (мало оптоварување)
- fs = (1800 − 1795) / 60 = 0.083 Hz; лизгање = 0.3%
Истиот мотор при полно оптоварување:
- Nсинхроно = 1800 RPM, Nактуелно = 1750 RPM (номинална брзина)
- fs = (1800 − 1750) / 60 = 0.833 Hz; лизгање = 2.8%
2-полен мотор, 50 Hz:
- Nсинхроно = 3000 RPM, Nактуелно = 2950 RPM
- fs = (3000 − 2950) / 60 = 0.833 Hz; лизгање = 1.7%
3. Фреквенција на лизгање во вибрациска дијагностика
Растојание меѓу страничните ленти за дефекти на роторските прачки
Ова е најважната дијагностичка примена на фреквенцијата на лизгање. Скршена или напукната прачка на роторот создава електромагнетна асиметрија што ја модулира 1× работна брзина врвот, создавајќи странични ленти распоредени на фреквенцијата на минување на половите FP = полови × fs:
- Шема: странични ленти околу 1× работната брзина на ±FP, ±2FP, ±3FP.
- Пример: 4-полен мотор со 1750 RPM (29.2 Hz) со fs = 0.83 Hz, па FP = 4 × 0.83 = 3.33 Hz.
- Странични ленти на: 25.8 Hz и 32.5 Hz околу врвот од 29.2 Hz, плюс 22.5 Hz и 35.8 Hz, и така натаму.
- Дијагноза: овие симетрични странични ленти укажуваат на скршени или напукнати прачки на роторот.
- Амплитуда: висината на страничните ленти го одразува бројот и сериозноста на скршените прачки.
Анализа на струјниот потпис
Спектрите на струјата на моторот (MCSA) покажуваат тесно поврзан образец околу фреквенцијата на напојната мрежа:
- Дефектите на прачките на роторот создаваат странични ленти околу мрежната фреквенција.
- Образец: fмрежа ± 2·s·fмрежа, каде што s е единечното лизгање (per-unit) — истото ±FP растојание како кај вибрациите, бидејќи 2·s·fмрежа = FP.
- За 4-полниот мотор со 60 Hz погоре (s = 50/1800 ≈ 2.8%, FP = 3.33 Hz), страничните ленти се наоѓаат на 56.7 Hz и 63.3 Hz.
- Ова независно потврдува дијагноза за прачките на роторот направена врз основа на вибрации. Калкулатор за фреквенција на електрични дефекти кај моторот ги прикажува овие очекувани струјни странични ленти за секој мотор.
4. Лизгањето како показател на оптоварувањето
Лизгањето варира со оптоварувањето
- Без оптоварување: 0.2–1% лизгање (0.1–0.5 Hz за типични мотори).
- Половина оптоварување: 1–2% лизгање (0.5–1.0 Hz).
- Полно оптоварување: 2–5% лизгање (1–2.5 Hz).
- Преоптоварување: поголемо од 5% лизгање (над 2.5 Hz).
- Стартување: 100% лизгање — фреквенцијата на лизгање е еднаква на мрежната фреквенција, бидејќи роторот е моментално неподвижен.
Користење на лизгањето за проценка на оптоварувањето
- Измерете ја точно вистинската брзина на моторот.
- Пресметајте го лизгањето од разликата до синхроната брзина.
- Споредете го со номиналното лизгање при полно оптоварување од плочката со податоци.
- Проценете го оптоварувањето на моторот во проценти.
- Ова е особено корисно кога не е достапно директно мерење на моќноста.
5. Фактори што влијаат врз лизгањето
Фактори на дизајнот
- Отпор на роторот: поголем отпор дава поголемо лизгање.
- Класа на дизајн на моторот: буквата за NEMA дизајн ја обликува карактеристиката на лизгање.
- Напон: понискиот напон го зголемува лизгањето за дадено оптоварување.
Работни услови
- Вртежен момент на оптоварувањето: примарниот определувач на лизгањето.
- Напон на напојување: поднапонот го зголемува лизгањето.
- Варијација на фреквенцијата: промените во фреквенцијата на напојувањето ја поместуваат синхроната брзина, а со тоа и лизгањето.
- Температура: загреан ротор има поголема отпорност, што го зголемува лизгањето.
Состојба на моторот
- Скршените прачки на роторот го зголемуваат лизгањето, бидејќи создавањето вртежен момент станува помалку ефикасно.
- Проблеми со намотката на статорот може да го променат лизгањето.
- Проблемите со лежиштата што додаваат триење го зголемуваат лизгањето малку.
6. Како се мери фреквенцијата на лизгање
Директно мерење на брзината
- Користете тахометар или стробоскоп за да ги отчитате вистинските вртежи во минута.
- Земете ја синхроната брзина од плочката (полови и фреквенција).
- Пресметајте го лизгањето како fs = (Nсинхроно − Nактуелно) / 60.
- Ова е најточниот метод.
Од спектарот на вибрации
- Прецизно идентификувајте го врвот на 1× работната брзина.
- Претворете ја таа фреквенција на врвот во работна брзина.
- Изведете го лизгањето од разликата до синхроната брзина.
- Ова бара висока резолуција на FFT; Калкулатор за FFT резолуција ви помага да поставите доволно линии за да ги одвоите врвовите распоредени според лизгањето.
Од растојанието меѓу страничните ленти
- Ако се присутни странични ленти од дефект на прачка на роторот, растојанието меѓу нив е полско-преодната фреквенција; делејќи ја со бројот на полови директно се добива фреквенцијата на лизгање.
- Погодно — но достапно само откако ќе се појави дефект.
Во пракса овие мерења се вршат на самото место со преносен двоканален инструмент. Balanset-1A го снима спектарот на вибрации на лежиштето на моторот додека неговиот оптички ласерски тахометар ја отчитува вистинската брзина на вратилото, така што можете точно да ја утврдите точната 1× фреквенција, да го пресметате лизгањето и да ги пребарувате страничните ленти распоредени според полско-преодната фреквенција што укажуваат на оштетување на прачките на роторот — сето тоа без да го исклучите моторот од погон. Бидејќи лизгањето се менува со оптоварувањето, најоткривачките мерења се вршат кога машината е под своето нормално оптоварување.
7. Практична дијагностичка употреба
Нормални вредности на лизгањето
- Документирајте основно лизгање при неколку оптоварувања за секој мотор.
- Типичното лизгање при полно оптоварување е 1–3% — секогаш проверете ја плочката.
- Лизгање над вредноста на плочката може да укажува на преоптоварување или проблем со моторот.
- Лизгање под очекуваната вредност при дадено оптоварување може да укажува на електричен дефект.
Индикатори за абнормално лизгање
- Прекумерно лизгање: преоптоварен мотор, скршени прачки на роторот или висока отпорност на роторот.
- Променливо лизгање: флуктуации на оптоварувањето или нестабилност на електричното напојување.
- Ниско лизгање под оптоварување: можен проблем со статорот или проблем со напонот.
Фреквенцијата на лизгање е во сржта и на работата на индукцискиот мотор и на неговата дијагностика. Како основа на растојанието на полско-преодните странични ленти што ги откриваат дефектите на прачките на роторот, и како показател за оптоварувањето на моторот, таа носи голема количина информации за состојбата во еден единствен број. Нејзиното точно одредување е она што му овозможува на аналитичарот правилно да ги толкува вибрациските и струјните потписи на моторот — и да го разликува нормалниот погон од дефект во развој.
