Înțelegerea frecvenței electrice în motoare

Dispozitive

Ebalansator portabil și analizor de vibrații Balanset-1A.

$2,358.31

Piese

Senzor de vibrații.

$107.47

Piese

Senzor optic (tahometru laser).

$148.07

Dispozitive

Balanset-4.

$8,123.32

Piese

Stand magnetic Insize-60-kgf.

$54.93

Piese

Ceasetă reflectorizantă.

$11.94

Dispozitive

Ebalansator dinamic "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definiție: Ce este frecvența electrică?

Frecvența electrică (numită și frecvență de linie, frecvență de rețea sau frecvență de putere) este frecvența curentului alternativ (CA) furnizat motoarelor electrice și altor echipamente electrice. Cele două frecvențe electrice standard la nivel mondial sunt 60 Hz (Hertz) în America de Nord, părți din America de Sud și unele țări asiatice și 50 Hz în Europa, cea mai mare parte a Asiei, Africa și Australia. Această frecvență determină viteza sincronă a motoarelor de curent alternativ și creează forțe electromagnetice caracteristice și vibrații componente la multipli ai frecvenței rețelei.

În motor analiza vibrațiilor, frecvența electrică și armonicele acesteia (în special 2× frecvența rețelei) sunt indicatori de diagnostic importanți pentru problemele electromagnetice, problemele statorului și neregularitățile întrefierului.

Relația cu viteza motorului

Calculul vitezei sincrone

Pentru motoarele de curent alternativ cu inducție, viteza sincronă este determinată de frecvența electrică:

• N_sincronizare = (120 × f) / P
• Unde N_sincronizare = viteza sincronă (RPM)
• f = frecvența electrică (Hz)
• P = numărul de poli ai motorului

Viteze comune ale motorului

Pentru sisteme de 60 Hz

• Motor cu 2 poli: 3600 RPM sincron (~3550 RPM reale cu alunecare)
• Motor cu 4 poli: 1800 RPM sincron (turație reală ~1750 RPM)
• Motor cu 6 poli: 1200 RPM sincron (turație reală ~1170 RPM)
• Motor cu 8 poli: 900 RPM sincron (turație reală ~875 RPM)

Pentru sisteme de 50 Hz

• Motor cu 2 poli: 3000 RPM sincron (turație reală ~2950 RPM)
• Motor cu 4 poli: 1500 RPM sincron (turație reală ~1450 RPM)
• Motor cu 6 poli: 1000 RPM sincron (turație reală ~970 RPM)
• Motor cu 8 poli: 750 RPM sincron (turație reală ~730 RPM)

Frecvența de alunecare

Diferența dintre viteza sincronă și cea reală:

• Frecvența de alunecare (fs) = (N_sincronizare – N_real) / 60
• Alunecare tipică: 1-5% viteză sincronă
• Frecvența de alunecare este de obicei 1-3 Hz
• Dependentă de sarcină: alunecarea crește odată cu sarcina
• Important pentru diagnosticarea defectelor electrice ale rotorului

Componente de vibrații electromagnetice

2× Frecvența liniei (cea mai importantă)

Componenta dominantă a vibrației electromagnetice:

• Sisteme de 60 Hz: 2 × 60 = componentă de vibrație de 120 Hz
• Sisteme de 50 Hz: 2 × 50 = componentă de vibrație de 100 Hz
• Cauza: Forțele magnetice dintre stator și rotor pulsează la dublul frecvenței rețelei
• Întotdeauna prezent: Caracteristica normală a tuturor motoarelor de curent alternativ (amplitudine redusă normală)
• Amplitudine crescută: Indică probleme ale statorului, probleme ale spațiului de aer sau dezechilibru magnetic

Frecvența liniei (1×f)

• componentă de 50 Hz sau 60 Hz
• De obicei, amplitudine mai mică de 2×f
• Poate indica un dezechilibru al tensiunii de alimentare
• Poate apărea odată cu defecțiunile înfășurării statorului

Armonice superioare

• 4×f, 6×f etc. (240 Hz, 360 Hz pentru sisteme de 60 Hz)
• Poate indica probleme de înfășurare sau probleme de laminare a miezului
• De obicei, amplitudine scăzută în motoarele sănătoase

Semnificația diagnostică

Amplitudine normală 2×f

• De obicei < 10% de 1× (viteza de rulare) vibrații
• Relativ constant în timp
• Prezent în toate direcțiile, dar adesea cel mai puternic radial

O valoare crescută de 2×f indică probleme

Probleme cu înfășurarea statorului

• Scurtcircuit între spire, dezechilibru de fază
• Amplitudinea 2×f crește în timp
• Poate fi însoțită de creșterea temperaturii
• Dezechilibru de curent măsurabil între faze

Excentricitatea spațiului de aer

• Interval de aer neuniform din cauza excentricității rotorului sau a uzurii rulmenților
• Creează o atracție magnetică dezechilibrată
• 2×f și frecvențele de trecere a polului crescute
• Combinarea efectelor mecanice și electromagnetice

Rezonanță moale a piciorului sau a cadrului

• Dacă frecvența naturală a cadrului motorului este apropiată de 2×f
• Rezonanța structurală amplifică vibrațiile electromagnetice
• Vibrațiile cadrului sunt mult mai mari decât vibrațiile rulmentului
• Corectabil prin rigidizare structurală sau amortizare a cadrului

Acționări cu frecvență variabilă (VFD)

Efectele VFD asupra frecvenței electrice

• VFD-urile creează o frecvență de ieșire variabilă (0-120 Hz tipic)
• Viteza motorului proporțională cu frecvența de ieșire a VFD-ului
• Toate frecvențele electromagnetice se scalează cu frecvența de ieșire VFD
• Comutarea PWM creează componente suplimentare de înaltă frecvență

Probleme de vibrații specifice VFD-urilor

• Frecvențe de comutare: Componente din gama kHz din comutarea PWM
• Curenți de rulment: Curenții de înaltă frecvență pot deteriora rulmenții
• Vibrații torsionale: Pulsații de cuplu la diferite frecvențe
• Excitație prin rezonanță: Viteza variabilă poate trece prin rezonanțe

Exemple practice de diagnostic

Cazul 1: Vibrații ridicate de 2×f

• Simptom: Motor cu 4 poli, 60 Hz (1750 RPM) cu vibrații de 120 Hz = 6 mm/s
• Analiză: 120 Hz mult mai mare decât vibrația 1× viteza de rulare (2 mm/s)
• Diagnostic: Problemă la înfășurarea statorului sau excentricitate la spațiul de aer
• Confirmare: Imagistica termică arată un punct fierbinte în stator, dezechilibru de curent măsurat
• Acţiune: Derulați sau înlocuiți motorul

Cazul 2: Benzile laterale în jurul vitezei de alergare

• Simptom: Vârfuri la 1× ± 2 Hz (frecvență de alunecare)
• Diagnostic: Bare de rotor rupte
• Confirmare: MCSA prezintă același model de bandă laterală în curent
• Progresie: Monitorizați creșterea amplitudinii pentru a planifica înlocuirea

Monitorizarea celor mai bune practici

Configurarea analizei spectrale

• Asigurați-vă că Fmax (frecvența maximă) este > 500 Hz pentru a capta 2×f și armonicele
• Rezoluție adecvată pentru separarea benzilor laterale apropiate (Rezoluție < 0,5 Hz pentru analiza frecvenței de alunecare)
• Măsurați în mai multe direcții (orizontală, verticală, axială)

Stabilirea nivelului de bază

• Înregistrați o amplitudine de 2×f când motorul este nou sau proaspăt rebobinat
• Stabilirea nivelurilor normale pentru fiecare tip de motor din unitate
• Setați limitele de alarmă (de obicei 2-3× valoarea de bază pentru 2×f)

Parametri de tendință

• Amplitudine și tendință a frecvenței liniei de 2×
• Componentele frecvenței de trecere a polului
• Amplitudini și modele ale benzilor laterale
• Niveluri generale de vibrații
• Indicatori de stare a rulmenților

Frecvența electrică este fundamentală pentru înțelegerea funcționării și diagnosticării motoarelor de curent alternativ. Recunoașterea componentelor frecvenței de linie (în special 2×f) în spectrele de vibrații și înțelegerea relației acestora cu fenomenele electromagnetice permite diferențierea între defecțiunile mecanice și cele electrice ale motorului, ghidând acțiunile de diagnosticare și corective adecvate.

---

← Înapoi la indexul principal