Förstå motorstångens passeringsfrekvens
Motorstångens passeringsfrekvens — även kallad rotorstavspassfrekvens, rotorspårsfrekvens eller helt enkelt bar pass — är den frekvens med vilken rotorstavarna i en kortsluten induktionsmotor passerar statorspåren och lindningarna. Den är lika med antalet rotorstavar multiplicerat med rotorns rotationsfrekvens, så den ligger långt över varvtalet, vanligtvis mellan cirka 200 och 2000 Hz beroende på motorns storlek och hastighet. I en frisk motor är det en tyst linje med låg amplitud i vibrationsspektrum, men när den ökar tyder den på excentricitet mellan rotor och stator, luftspalt problem eller andra elektromagnetiska störningar. Det är nära besläktat med, men skiljer sig ändå från, defekter i rotorstången — brutna rotorstavar visar sig genom sidband spaced at the glidfrekvens runt 1×, inte genom att höja själva rotorstavspasslinjen.
1. Beräkning av rotorstavspassfrekvens
The formula
RBPF = Nb × N / 60, där RBPF är rotorstavspassfrekvensen i Hz, Nb är antalet rotorstavar och N är rotorns varvtal i RPM.
Formelns uppbyggnad är densamma som ligger till grund för alla frekvenser som baseras på antalet tänder eller skovlar, till exempel kugghjulsingreppsfrekvens eller skovelpasseringsfrekvens: räkna de återkommande elementen och multiplicera med hur ofta de passerar. Eftersom antalet stänger vanligtvis är stort hamnar resultatet långt upp i spektrumets högfrekvensområde.
Genomarbetade exempel
Small motor: 28 rotorspindlar vid 1750 varv/min ger RBPF = 28 × 1750 / 60 = 817 Hz.
Stor motor: 56 rotorstrålar vid 3550 varv/min ger RBPF = 56 × 3550 / 60 = 3313 Hz.
Observera att den större maskinens rotorstavspasslinje stiger över 3 kHz – en nyttig påminnelse om att mätkedjan måste nå så högt för att kunna se den. Om du snabbt vill omvandla varvtal och ordningstal till frekvenser, kan beräkningsverktyg för harmoniska frekvenser sköter beräkningarna.
Fastställa antalet rotorstavar
- Se motorns typskylt eller tillverkarens datablad.
- Räkna dem visuellt om rotorn är åtkomlig under reparationen.
- Beräkna bakåt utifrån en tydligt identifierad topp i vibrationsspektrumet.
- Räkna med ungefär 16 till 80 stänger, beroende på motorns storlek och poltal.
2. Den fysiska mekanismen
Växelverkan mellan rotor och stator
Rotorstavspassfrekvensen uppstår genom magnetisk växelverkan, inte genom mekanisk kontakt:
- Rotorstavarna leder inducerad ström och skapar lokala störningar i magnetfältet.
- När rotorn roterar passerar varje rotorstav statorspåren en efter en.
- Den magnetiska reluktansen ökar och minskar när stängerna först hamnar i linje med statorens tänder och sedan passerar mellan dem.
- Detta ger upphov till en svag pulserande elektromagnetisk kraft på konstruktionen.
- Pulsationsfrekvensen är lika med den takt med vilken stavarna passerar – rotorstavspassfrekvensen.
Jämnt respektive ojämnt luftgap
- Jämnt luftgap: kraftbidragen från stängerna på rotorns motsatta sidor upphäver i stort sett varandra, vilket ger en låg RBPF-amplitud.
- Excentrisk rotor: interaktionen blir asymmetrisk, utjämningen bryter samman och RBPF-amplituden ökar.
- Diagnostiskt värde: höjden på RBPF-linjen är därför en direkt indikator på hur jämnt luftgapet är.
3. Diagnostisk betydelse
Normalt tillstånd
- En RBPF-topp förekommer men är mycket liten – ofta under 0.5 mm/s.
- Det kan vara knappt synligt ovanför brusgolvet.
- Det finns inga sidoband på vardera sidan.
- Denna signatur bekräftar ett jämnt luftgap och god koncentricitet mellan rotor och stator.
Vad ett förhöjt RBPF-värde säger dig
Excentricitet i luftspalten. Rotorn sitter excentriskt i statorhålet, RBPF-amplituden stiger och sidband vid ±1× driftshastigheten kan uppstå. Mönstret liknar det sätt på vilket polpassfrekvens ökar vid samma fel.
Felaktig inriktning mellan rotor och stator. När rotoraxeln inte är parallell med statoraxeln varierar luftspalten längs motorns längd, vilket leder till att både RBPF och dess övertoner ökar.
Brutna eller skadade rotorstavar. Detta är en helt annan signatur: brutna rotorstavar skapar sidband runt 1× med glidfrekvensens avstånd i stället för att höja rotorstavspasslinjen. Se trasiga rotorstänger och defekter i rotorstången för fullständiga diagnostiska uppgifter.
4. Att skilja rotorstavspass från andra frekvenser
RBPF jämfört med lagerfrekvenser
- RBPF: vanligtvis 200–3000 Hz, bestämt av motorns konstruktion.
- Lagerfrekvenser: vanligtvis 50–500 Hz för motorlager.
- Så här skiljer du dem åt: beräkna båda och jämför dem med de observerade topparna.
- Se upp för överlappningar: hos stora motorer kan RBPF hamna i samma intervall som lagerfelfrekvenser, så kontrollera källan innan du agerar.
RBPF kontra statorspårsfrekvens
- Statorspårspassfrekvens: antalet statorspår × driftshastighet — sällan av betydelse.
- RBPF: antalet rotorstavar × varvtalet — observeras oftare.
- Both present: i vissa motorer ser man båda, och för att skilja dem åt måste man känna till antalet rotorstavar och statorspår.
5. Praktisk tillämpning
När man bör övervaka RBPF
- När man misstänker att det föreligger ett problem med luftspalten.
- Efter byte av lager, för att kontrollera att rotorn är korrekt centrerad.
- När 2× nätfrekvensen är förhöjd, vilket kan följa med excentricitet.
- När man upprättar en baslinje för en ny eller omlindad motor.
- Som en kvalitetskontroll efter en motorreparation.
Överväganden vid mätning
- Analysatorns frekvensområde måste med god marginal överstiga dubbla RBPF (Fmax > 2 × RBPF) för att fånga den utan aliasering.
- En accelerometer krävs oftast i stället för en vibrationssensor, eftersom frekvenserna är höga.
- Mät på motorramen eller lagerhuset.
- Jämför alltid med ett referensvärde eller med liknande motorer i gott skick.
6. Var bar pass hör hemma i motordiagnostik
Det hjälper till att tydligt hålla isär två signaturer från motorrotorn. Bar-pass-linjen säger något om luftspaltens geometri; brutna rotorstavar säger något om burens elektriska integritet. I praktiken kan båda förekomma samtidigt, så en noggrann el-fel bedömningen innefattar kontroller av båda:
- Defekter på rotorstaven: sidband runt 1× rotationshastigheten med mellanrum motsvarande glidfrekvensen.
- RBPF issues: förhöjd amplitud vid själva bar-pass-linjen (stavar × hastighet).
- De kan samexistera: Excentricitet och brutna rotorstavar utesluter inte varandra.
- Utförlig diagnos: granska båda mönstren för att få en helhetsbild.
Denna typ av högfrekvent elektromagnetisk diagnostik utgör ena halvan av hälsokontrollen av induktionsmotorer; den andra halvan är den lågfrekventa mekaniska delen av obalans och feljustering. Ett bärbart tvåkanalsinstrument som till exempel Balanset-la täcker den mekaniska sidan genom att registrera 1×-amplituden och -fasen som behövs för att balansera rotorn i sina egna lager och verifiera resultatet – ett naturligt komplement till de spektrala motorkontroller som beskrivs här.
Motorns bar-pass-frekvens, även om den inte övervakas lika rutinmässigt som lagerfrekvenser eller signaturer från brutna rotorstavar, har ett verkligt diagnostiskt värde när det gäller luftspaltens jämnhet och rotor-stator-koncentricitet. Att kunna beräkna den och känna igen den i ett spektrum kompletterar den diagnostiska bilden vid tillståndsbedömning av kortslutna asynkronmotorer.
