Förstå elektrisk frekvens i motorer
Definition: Vad är elektrisk frekvens?
Elektrisk frekvens (även kallad nätfrekvens, nätfrekvens eller effektfrekvens) är frekvensen för växelströmmen (AC) som tillförs elmotorer och annan elektrisk utrustning. De två standardelektriska frekvenserna världen över är 60 Hz (Hertz) i Nordamerika, delar av Sydamerika och vissa asiatiska länder, och 50 Hz i Europa, större delen av Asien, Afrika och Australien. Denna frekvens bestämmer den synkrona hastigheten för växelströmsmotorer och skapar karakteristiska elektromagnetiska krafter och vibration komponenter vid multiplar av nätfrekvensen.
I motor vibrationsanalys, elektrisk frekvens och dess övertoner (särskilt 2× nätfrekvens) är viktiga diagnostiska indikatorer för elektromagnetiska problem, statorproblem och oregelbundenheter i luftgap.
Förhållande till motorhastighet
Beräkning av synkron hastighet
För AC-induktionsmotorer bestäms den synkrona hastigheten av elektrisk frekvens:
- Nsynkronisera = (120 × f) / P
- Där Nsynkronisera = synkron hastighet (rpm)
- f = elektrisk frekvens (Hz)
- P = antal poler i motorn
Vanliga motorhastigheter
För 60 Hz-system
- 2-polig motor: 3600 RPM synkron (faktiskt ~3550 RPM med slirning)
- 4-polig motor: 1800 RPM synkron (faktiskt ~1750 RPM)
- 6-polig motor: 1200 RPM synkron (faktiskt ~1170 RPM)
- 8-polig motor: 900 RPM synkron (faktiskt ~875 RPM)
För 50 Hz-system
- 2-polig motor: 3000 RPM synkron (faktiskt ~2950 RPM)
- 4-polig motor: 1500 RPM synkron (faktiskt ~1450 RPM)
- 6-polig motor: 1000 RPM synkron (faktiskt ~970 RPM)
- 8-polig motor: 750 RPM synkron (faktiskt ~730 RPM)
Slirfrekvens
Skillnaden mellan synkron och faktisk hastighet:
- Slirfrekvens (fs) = (Nsynkronisera – Nfaktisk) / 60
- Typisk eftersläpning: 1-5% av synkron hastighet
- Slirfrekvens vanligtvis 1–3 Hz
- Belastningsberoende: glidningen ökar med belastning
- Viktigt för att diagnostisera elektriska defekter i rotorn
Elektromagnetiska vibrationskomponenter
2× Linjefrekvens (viktigast)
Den dominerande elektromagnetiska vibrationskomponenten:
- 60 Hz-system: 2 × 60 = 120 Hz vibrationskomponent
- 50 Hz-system: 2 × 50 = 100 Hz vibrationskomponent
- Orsaka: Magnetiska krafter mellan stator och rotor pulserar med dubbel nätfrekvens
- Alltid närvarande: Normal karakteristik för alla växelströmsmotorer (låg amplitudnormal)
- Förhöjd amplitud: Indikerar statorproblem, luftgapproblem eller magnetisk obalans
Linjefrekvens (1×f)
- 50 Hz eller 60 Hz komponent
- Vanligtvis lägre amplitud än 2×f
- Kan indikera obalans i matningsspänningen
- Kan uppstå vid statorlindningsfel
Högre övertoner
- 4×f, 6×f, etc. (240 Hz, 360 Hz för 60 Hz-system)
- Kan indikera lindningsproblem eller problem med kärnlaminering
- Vanligtvis låg amplitud i friska motorer
Diagnostisk betydelse
Normal 2×f-amplitud
- Typiskt < 10% av 1× (körhastighet) vibration
- Relativt konstant över tid
- Förekommer i alla riktningar men är ofta starkast radiellt
Förhöjd 2×f indikerar problem
Problem med statorlindningen
- Kortslutningar mellan svängar, fasobalans
- 2×f amplitud ökar över tid
- Kan åtföljas av temperaturökning
- Nuvarande obalans mätbar mellan faser
Excentricitet i luftgapet
- Ojämn luftspalt på grund av rotorns excentricitet eller lagerslitage
- Skapar obalanserad magnetisk dragningskraft
- 2×f och förhöjda polpassfrekvenser
- Kombination av mekaniska och elektromagnetiska effekter
Mjuk fot- eller ramresonans
- Om motorramens naturliga frekvens nära 2×f
- Strukturell resonans förstärker elektromagnetisk vibration
- Ramvibrationer mycket högre än lagervibrationer
- Kan korrigeras genom strukturell förstyvning eller ramdämpning
Frekvensomriktare (VFD)
VFD-effekter på elektrisk frekvens
- VFD:er skapar variabel utfrekvens (typiskt 0–120 Hz)
- Motorhastighet proportionell mot VFD-utgångsfrekvens
- Alla elektromagnetiska frekvenser skalas med VFD-utgångsfrekvens
- PWM-omkoppling skapar ytterligare högfrekventa komponenter
VFD-specifika vibrationsproblem
- Växlingsfrekvenser: kHz-områdeskomponenter från PWM-omkoppling
- Bäringsströmmar: Högfrekventa strömmar kan skada lager
- Torsionsvibrationer: Momentpulsationer vid olika frekvenser
- Resonansexcitation: Variabel hastighet kan svepa igenom resonanser
Praktiska diagnosexempel
Fall 1: Hög 2×f-vibration
- Symptom: 4-polig, 60 Hz motor (1750 varv/min) med 120 Hz vibration = 6 mm/s
- Analys: 120 Hz mycket högre än 1× vibration vid körhastighet (2 mm/s)
- Diagnos: Problem med statorlindningen eller excentricitet i luftgapet
- Bekräftelse: Värmebild visar hotspot i statorn, strömobalans uppmätt
- Handling: Spola tillbaka eller byt motor
Fall 2: Sidband runt löphastighet
- Symptom: Toppar vid 1× ± 2 Hz (slipfrekvens)
- Diagnos: Trasiga rotorstänger
- Bekräftelse: MCSA visar samma sidbandsmönster i strömmen
- Progression: Övervaka amplitudtillväxten för att planera ersättning
Bästa praxis för övervakning
Inställning av spektrumanalys
- Säkerställ att Fmax (maxfrekvens) är > 500 Hz för att fånga 2×f och övertoner
- Tillräcklig upplösning för att separera tätt placerade sidband (< 0,5 Hz upplösning för analys av glidfrekvens)
- Mät i flera riktningar (horisontellt, vertikalt, axiellt)
Baslinjeetablering
- Registrera 2×f-amplitud när motorn är ny eller nyligen omlindad
- Fastställ normala nivåer för varje motortyp i anläggningen
- Ställ in larmgränser (vanligtvis 2–3× baslinje för 2×f)
Trendparametrar
- 2× linjefrekvensamplitud och trend
- Polpassfrekvenskomponenter
- Sidbandsamplituder och mönster
- Övergripande vibrationsnivåer
- Indikatorer för lagerkondition
Elektrisk frekvens är grundläggande för att förstå drift och diagnostik av växelströmsmotorer. Att känna igen linjefrekvenskomponenter (särskilt 2×f) i vibrationsspektra och förstå deras samband med elektromagnetiska fenomen möjliggör differentiering mellan mekaniska och elektriska motorfel, vilket vägleder lämpliga diagnostiska och korrigerande åtgärder.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 