Bezpłatne narzędzie inżynierskie #039
Kalkulator częstotliwości usterek elektrycznych silnika
Oblicz prędkość synchroniczną, poślizg, podwójną częstotliwość liniową, częstotliwość przejść przez bieguny, częstotliwość przejść przez pręty wirnika i diagnostyczne pasma boczne do analizy silników elektrycznych.
Wyniki
Prędkość synchroniczna
Prędkość synchroniczna silnika indukcyjnego prądu przemiennego zależy od częstotliwości sieci i liczby biegunów:
Poślizg
Poślizg to różnica między prędkością synchroniczną a rzeczywistą prędkością wirnika, wyrażona jako ułamek lub procent:
Typowy poślizg przy pełnym obciążeniu dla standardowych silników indukcyjnych wynosi 1–5%.
Częstotliwość poślizgu
2× częstotliwość liniowa
Ta częstotliwość (100 Hz przy zasilaniu 50 Hz, 120 Hz przy 60 Hz) jest zawsze obecna w drganiach silnika spowodowanych zmiennym polem magnetycznym. Podniesiona linia 2× wskazuje na problemy elektryczne: niesymetrię faz, niewspółśrodkowość szczeliny powietrznej lub uszkodzenia uzwojenia stojana.
Częstotliwość przejścia polów wirnika
Częstotliwość przejścia bieguna jest kluczowym wskaźnikiem w analizie pękniętych prętów wirnika. Pasma boczne przy częstotliwości przejścia bieguna wynoszącej około 1× częstotliwość linii w widmie prądowym (MCSA) stanowią klasyczną sygnaturę uszkodzenia pręta wirnika.
Częstotliwość przejścia prętów wirnika
Przykład praktyczny
Biorąc pod uwagę: flinia = 50 Hz, Bieguny = 4, N = 1475 obr./min
Ns = 120 × 50 / 4 = 1500 obr./min
s = (1500 - 1475) / 1500 = 1.67%
fpoślizg = 0,0167 × 50 = 0,833 Hz
2× linia = 2 × 50 = 100 Hz
Przechodzenie biegunów = 2 × s × flinia = 2 × 0.0167 × 50 = 1,67 Hz
⚠️ Uwaga: Prędkość silnika zmienia się w zależności od obciążenia. Należy upewnić się, że podawana jest rzeczywista prędkość zmierzona w warunkach roboczych, a nie prędkość znamionowa. Pomiar tachometrem lub stroboskopem zapewnia najdokładniejsze wyniki obliczeń poślizgu.
Podwójna częstotliwość sieci (2FL, 2× częstotliwość sieci) wynosi 100 Hz dla sieci 50 Hz oraz 120 Hz dla sieci 60 Hz. Jest to częstotliwość drgań generowanych przez przemienne siły naciągu magnetycznego w szczelinie powietrznej silnika (pole magnetyczne zmienia zwrot dwa razy w każdym okresie napięcia, wytwarzając siłę o częstotliwości 2× częstotliwości zasilania).
Składowa ta jest zawsze obecna w widmie drgań silnika na pewnym poziomie. Podwyższona amplituda 2FL może wskazywać na:
- Ekscentryczność stojana (nierównomierna szczelina powietrzna)
- Zwarcie blach pakietu rdzenia stojana
- Asymetrię napięcia zasilania lub uszkodzenie fazy
- Poluzowanie pakietu żelaza stojana w kadłubie
Pęknięte pręty klatki wirnika dają charakterystyczne objawy zarówno w widmie drgań, jak i w widmie prądu stojana:
- Widmo prądu (MCSA): Wstęgi boczne przy częstotliwościach fline ± n × fpole pass wokół prążka częstotliwości sieci zasilającej
- Drgania: Częstotliwość żłobkowa wirnika (RBPF) ze wstęgami bocznymi o odstępie 2× częstotliwość sieci
- Modulacja amplitudy: Amplituda drgań 1× zmienia się okresowo (dudni) z częstotliwością mijania biegunów (PPF)
- Wahania prędkości: Niewielkie cykliczne wahania prędkości obrotowej z częstotliwością mijania biegunów
Stopień uszkodzenia ocenia się na podstawie różnicy amplitud (w dB) między prążkiem częstotliwości sieci a wstęgami bocznymi częstotliwości mijania biegunów w widmie prądu.
Zarówno asymetria magnetyczna (elektryczna), jak i niewyważenie mechaniczne generują drgania o częstotliwości równej lub bardzo bliskiej 1× prędkości obrotowej wału. Kluczowe testy rozróżniające:
- Test wyłączenia zasilania: Wyłącz zasilanie i obserwuj drgania. Jeśli drgania zanikają natychmiast w chwili odłączenia napięcia, przyczyna jest elektryczna. Jeśli maleją stopniowo wraz z wybiegiem wirnika, przyczyna jest mechaniczna.
- Analiza wysokiej rozdzielczości: Prążki pochodzenia elektrycznego pojawiają się dokładnie na częstotliwości sieci lub 2× częstotliwości sieci. Niewyważenie mechaniczne występuje dokładnie na częstotliwości obrotowej wału.
- Wstęgi boczne: Uszkodzenia elektryczne wykazują wstęgi boczne odległe o częstotliwość poślizgu lub częstotliwość mijania biegunów wokół harmonicznych częstotliwości sieci.
Częstotliwość poślizgu to częstotliwość elektryczna prądów wirnika odpowiadająca różnicy między prędkością synchroniczną a rzeczywistą prędkością wirnika:
fslip = s × fline
gdzie s = (Ns − N) / Ns
Poślizg jest niezbędny do wytwarzania momentu obrotowego w silnikach indukcyjnych — bez poślizgu w wirniku nie indukuje się prąd. Typowe wartości poślizgu przy pełnym obciążeniu:
- Duże silniki (>100 kW): 1–2%
- Średnie silniki (10–100 kW): 2–4%
- Małe silniki (<10 kW): 3–5%
Systematyczne podejście do identyfikacji źródła uszkodzenia:
- Krok 1 — Test wyłączenia zasilania: Natychmiastowy zanik drgań po odłączeniu napięcia = źródło elektryczne
- Krok 2 — Analiza częstotliwościowa: Prążki na dokładnych wielokrotnościach częstotliwości sieci = przyczyna elektryczna; prążki na wielokrotnościach prędkości obrotowej wału = przyczyna mechaniczna
- Krok 3 — Analiza wstęg bocznych: Wstęgi boczne związane z poślizgiem = uszkodzenie elektryczne wirnika; częstotliwości łożyskowe = uszkodzenie mechaniczne
- Krok 4 — Analiza prądu stojana: Zastosuj metodę MCSA do wykrycia pękniętych prętów wirnika, ekscentryczności lub zwarć w stojanie niezależnie od pomiaru drgań
- Krok 5 — Analiza fazy drgań: Składowa elektryczna 2× sieci jest zazwyczaj zgodna w fazie we wszystkich punktach pomiarowych; niewyważenie mechaniczne wykazuje przesunięcie fazowe między punktami
Procedury opisane na tej stronie zostały opracowane i przetestowane w warunkach terenowych przez zespół Vibromera przy użyciu urządzenia Balanset-1A, przenośnego dwukanałowego balansera i analizatora drgań do wyważania wirników na miejscu.
Profesjonalne urządzenia do analizy drgań do diagnostyki silników, wyważania w terenie i monitorowania stanu. Używane w ponad 50 krajach.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko jest inżynierem analizy wibracji oraz założycielem i prezesem firmy Vibromera. Od ponad 15 lat wyważa maszyny wirujące w terenie, a nie na stanowisku badawczym: mulczery, wentylatory przemysłowe, kruszarki, wirówki, wały i wrzeciona. To właśnie z tej pracy wyrosły przyrządy Balanset — zaprojektowano je jako narzędzie, które specjalista może zabrać do maszyny i obsłużyć samodzielnie, na miejscu, a nie jako sprzęt laboratoryjny. Vibromera powstała w 2017 roku, a od 2023 roku ma siedzibę w Porto w Portugalii. Tutaj odbywają się prace rozwojowe, montaż i wsparcie linii Balanset. Flagowym przyrządem jest Balanset-1A, przenośny analizator do wyważania w jednej i w dwóch płaszczyznach oraz do diagnostyki wibracji. Nikolai osobiście uczestniczy we wsparciu klientów, w rozwiązywaniu trudnych przypadków wyważania i w rozwoju oprogramowania. Pracuje z klientami na całym świecie, w każdym języku.
