Zrozumienie częstotliwości przejścia prętów
Częstotliwość przejścia prętów — zwana również częstotliwością przejścia prętów wirnika, częstotliwością szczelin wirnika lub po prostu częstotliwością przejścia — to częstotliwość, z jaką pręty wirnika silnika indukcyjnego klatkowego przemieszczają się wzdłuż szczelin i uzwojeń stojana. Jest ona równa liczbie prętów wirnika pomnożonej przez częstotliwość obrotową wirnika, przez co znacznie przewyższa prędkość roboczą silnika, wynosząc zazwyczaj od około 200 do 2000 Hz w zależności od wielkości i prędkości silnika. W sprawnym silniku jest to cicha linia o niskiej amplitudzie na widmo drgań, ale kiedy się podnosi, wskazuje na ekscentryczność między wirnikiem a stojanem, air-gap problemy lub inne zakłócenia elektromagnetyczne. Jest to zjawisko ściśle powiązane z, ale odrębne od, wady prętów wirnika — pęknięte pręty dają o sobie znać poprzez wstęgi boczne rozmieszczone w częstotliwość poślizgu około 1×, a nie poprzez podniesienie samej linii przejścia przez poprzeczkę.
1. Obliczanie częstotliwości impulsów paska
The formula
RBPF = Nb × N / 60, gdzie RBPF oznacza częstotliwość przejścia pręta wirnika w Hz, Nb to liczba prętów wirnika, a N to prędkość obrotowa wirnika w obrotach na minutę.
Struktura tego wzoru jest taka sama jak w przypadku każdej częstotliwości obliczanej na podstawie liczby zębów lub łopatek, np. częstotliwość zazębienia lub częstotliwość przejścia łopatki: policz powtarzające się elementy i pomnóż je przez częstotliwość ich występowania. Ponieważ liczba prętów jest zazwyczaj duża, wynik mieści się w zakresie wysokich częstotliwości widma.
Przykłady praktyczne
Small motor: 28 prętów wirnika przy 1750 obr./min daje RBPF = 28 × 1750 / 60 = 817 Hz.
Duży silnik: 56 prętów wirnika przy 3550 obr./min daje RBPF = 56 × 3550 / 60 = 3313 Hz.
Warto zauważyć, że linia impulsów paska większego urządzenia sięga powyżej 3 kHz — to przydatna wskazówka, że łańcuch pomiarowy musi mieć wystarczająco szerokie pasmo, aby to wykryć. Jeśli chcesz szybko przeliczyć prędkość obrotową i rzędy na częstotliwości, to Kalkulator częstotliwości harmonicznych zajmuje się obliczeniami.
Określanie liczby prętów
- Sprawdź tabliczkę znamionową silnika lub kartę katalogową producenta.
- Jeśli podczas naprawy masz dostęp do wirnika, policz je na oko.
- Należy przeprowadzić obliczenia wsteczne na podstawie wyraźnie zidentyfikowanego piku w widmie drgań.
- W zależności od wielkości silnika i liczby biegunów należy spodziewać się około 16–80 prętów.
2. Mechanizm fizyczny
Wzajemne oddziaływanie wirnika i stojana
Częstotliwość impulsów paska wynika z oddziaływania magnetycznego, a nie z kontaktu mechanicznego:
- Pręty wirnika przewodzą prąd indukowany i powodują lokalne zaburzenia pola magnetycznego.
- W miarę obracania się wirnika poszczególne pręty kolejno przemieszczają się wzdłuż szczelin stojana.
- Opór magnetyczny rośnie i maleje, gdy pręty ustawiają się w jednej linii z zębami stojana, a następnie przechodzą między nimi.
- Powoduje to powstanie niewielkiej, pulsującej siły elektromagnetycznej oddziałującej na konstrukcję.
- Częstotliwość pulsacji odpowiada częstotliwości, z jaką pojawiają się kreski — częstotliwości pojawiania się kresek.
Szczelina powietrzna równomierna a nierówna
- Jednolita szczelina powietrzna: siły wywierane przez pręty po przeciwnych stronach wirnika w znacznym stopniu się znoszą, co skutkuje niską amplitudą RBPF.
- Wirnik mimośrodowy: interakcja staje się asymetryczna, kompensacja przestaje działać, a amplituda RBPF wzrasta.
- Wartość diagnostyczna: Wysokość linii RBPF jest zatem bezpośrednim wskaźnikiem tego, jak jednolita jest szczelina powietrzna.
3. Znaczenie diagnostyczne
Stan normalny
- Występuje szczyt RBPF, ale jest on bardzo niewielki — często poniżej 0,5 mm/s.
- Może być ledwo widoczny ponad poziomem szumu tła.
- Nie ma żadnych pasm bocznych po obu stronach.
- Ten znak potwierdza równomierną szczelinę powietrzną oraz dobrą współosiowość wirnika i stojana.
Co oznacza podwyższony poziom RBPF
Ekscentryczność szczeliny powietrznej. Wirnik osadzony jest niecentrycznie w otworze stojana, amplituda RBPF wzrasta i mogą pojawić się pasma boczne o częstotliwości ±1× prędkości obrotowej. Schemat ten przebiega analogicznie do sposobu, w jaki częstotliwość przejść biegunowych wzrasta w ramach tego samego warunku.
Niewspółosiowość wirnika i stojana. Gdy oś wirnika nie jest równoległa do osi stojana, szczelina powietrzna zmienia się na całej długości silnika, powodując wzrost zarówno RBPF, jak i jego harmonicznych.
Pęknięte lub uszkodzone pręty wirnika. To zupełnie inny wzór: pęknięte pręty wirnika tworzą pasma boczne o częstotliwości około 1× przy odstępie częstotliwości przesunięcia, zamiast podnosić linię RBPF. Zobacz złamane pręty wirnika oraz wady prętów wirnika aby uzyskać pełne informacje diagnostyczne.
4. Rozróżnianie przepustu prętów wirnika od innych częstotliwości
RBPF a częstotliwości łożysk
- RBPF: zazwyczaj 200–3000 Hz, ustalane na podstawie konstrukcji silnika.
- Częstotliwości łożysk: zazwyczaj 50–500 Hz w przypadku łożysk silnikowych.
- Jak to rozróżnić: obliczyć obie wartości i porównać je z zaobserwowanymi pikami.
- Zwróć uwagę na nakładanie się: w przypadku dużych silników RBPF może mieścić się w tym samym przedziale co częstotliwości uszkodzeń łożysk, dlatego przed podjęciem działań należy sprawdzić źródło.
RBPF a częstotliwość szczelin stojana
- Przepust w szczelinie stojana: liczba szczelin stojana × prędkość obrotowa — rzadko ma to znaczenie.
- RBPF: liczba prętów wirnika × prędkość obrotowa — częściej spotykane.
- Both present: W niektórych silnikach można je dostrzec, a ich rozróżnienie wymaga znajomości liczby prętów i szczelin.
5. Zastosowanie praktyczne
Kiedy należy monitorować RBPF
- W przypadku podejrzenia wystąpienia problemu z szczeliną powietrzną.
- Po wymianie łożyska należy sprawdzić, czy wirnik jest prawidłowo wycentrowany.
- Gdy częstotliwość linii wzrasta dwukrotnie, co może wiązać się z ekscentrycznością.
- Przy zakładaniu linia bazowa do silnika nowego lub z nową cewką
- W ramach kontroli jakości po naprawie silnika.
Kwestie związane z pomiarami
- Zakres częstotliwości analizatora musi znacznie przekraczać dwukrotność RBPF (Fmaks > 2 × RBPF), aby to uchwycić bez efekt aliasingu.
- Jakiś akcelerometr zazwyczaj jest potrzebne zamiast czujnik prędkości drgań, ponieważ częstotliwości są wysokie.
- Zmierz na ramie silnika lub obudowie łożyska.
- Zawsze porównuj wyniki z wartościami odniesienia lub z podobnymi sprawnymi silnikami.
6. Rola linii Bar Pass w diagnostyce silnika
Pomaga to w wyraźnym rozróżnieniu dwóch charakterystyk silnika i wirnika. Ciągła linia na wykresie wskazuje na geometrię szczeliny powietrznej, natomiast złamane pręty odzwierciedlają uszkodzenie integralności elektrycznej klatki wirnika. W praktyce oba zjawiska mogą występować jednocześnie, dlatego konieczne jest dokładne awaria elektryczna kontrole oceniające dla każdego z następujących elementów:
- Uszkodzenia prętów wirnika: pasma boczne rozmieszczone wokół 1× prędkości biegu w odstępach równych częstotliwości poślizgu.
- RBPF issues: zwiększona amplituda na linii Bar Pass (liczba pręt × prędkość).
- Mogą współistnieć: Ekscentryczność i złamane pręty nie wykluczają się wzajemnie.
- Kompleksowa diagnostyka: przyjrzyj się obu wzorom, aby uzyskać pełny obraz sytuacji.
Tego rodzaju diagnostyka elektromagnetyczna w zakresie wysokich częstotliwości stanowi połowę procesu oceny stanu technicznego silnika indukcyjnego; drugą połowę stanowi mechaniczny aspekt w zakresie niskich częstotliwości brak równowagi oraz niewspółosiowość. Przenośny miernik dwukanałowy, taki jak Balans-1a obejmuje ten aspekt mechaniczny, rejestrując amplitudę i fazę 1× niezbędne do wyważenia wirnika w jego łożyskach oraz weryfikacji wyniku — stanowi to naturalne uzupełnienie opisanych tutaj spektralnych kontroli silnika.
Częstotliwość przejścia pręta silnika, choć rzadziej monitorowana niż częstotliwości łożysk lub sygnatury pękniętych prętów, ma rzeczywistą wartość diagnostyczną w zakresie jednolitości szczeliny powietrznej oraz współosiowości wirnika i stojana. Umiejętność jej obliczenia i rozpoznania na widmie uzupełnia obraz diagnostyczny przy ocenie stanu silników indukcyjnych klatkowych.
