Niespodziewane wibracje i hałas nie zawsze oznaczają, że silnik lub falownik jest uszkodzony. W niektórych maszynach przemysłowych sprzęt może pracować płynnie przy większości prędkości, ale zaczyna się trząść, buczeć lub mocno wibrować w określonym zakresie prędkości. Po przekroczeniu tego zakresu przez silnik, wibracje mogą ponownie się zmniejszyć.

Takie zachowanie jest często związane z rezonansem mechanicznym. Zrozumienie, dlaczego występuje rezonans i jak działa sterowanie częstotliwością pominięcia (skip frequency control) w falownikach, może pomóc inżynierom w redukcji wibracji, ochronie elementów mechanicznych i poprawie niezawodności sprzętu.

Czym jest rezonans mechaniczny?

Każda konstrukcja mechaniczna ma jedną lub więcej częstotliwości naturalnych. Zależą one od czynników takich jak masa, sztywność, kształt, sposób montażu, długość wału, konstrukcja sprzęgła i struktura nośna.

Gdy siła zewnętrzna wielokrotnie wzbudza maszynę na jednej z jej częstotliwości naturalnych lub w jej pobliżu, wibracje mogą stać się znacznie silniejsze. Efekt ten nazywa się rezonansem mechanicznym.

W systemie napędzanym silnikiem, wzbudzenie może pochodzić z nierównowagi obrotowej, niewspółosiowości wału, sprzęgieł, wentylatorów, pasków, przekładni, pomp, łożysk lub samej maszyny napędzanej. Niewielkie wibracje, które są akceptowalne przy jednej prędkości, mogą stać się poważne, gdy częstotliwość wzbudzenia zbliża się do częstotliwości naturalnej systemu mechanicznego.

Na przykład, wentylator może pracować płynnie przy 30 Hz i 45 Hz, ale wykazywać znaczące wibracje w okolicach 38 Hz. Silnik może nie być przeciążony, a falownik może nie zgłaszać błędu. Problem pojawia się, ponieważ ten punkt pracy wzbudza częstotliwość rezonansową w wentylatorze, ramie, kanale lub strukturze montażowej.

Jak prędkość silnika wpływa na rezonans?

Falownik steruje prędkością silnika, zmieniając jego częstotliwość wyjściową. Wraz ze wzrostem częstotliwości, silnik i podłączona maszyna przechodzą przez szeroki zakres prędkości obrotowych.

Ta elastyczność poprawia kontrolę procesu, ale oznacza również, że sprzęt może wejść w zakres prędkości, który był rzadko osiągany podczas pracy ze stałą prędkością. Jeśli ta prędkość odpowiada punktowi rezonansu mechanicznego, wibracje i hałas mogą wzrosnąć.

Związek nie zawsze jest jeden do jednego. Częstotliwość zazębienia przekładni, częstotliwość przejścia łopatki, wibracje pasków, harmoniczne silnika i inne siły mogą również wzbudzać maszynę. Dlatego częstotliwość wyświetlana przez falownik powinna być traktowana jako odniesienie operacyjne, a nie jedyna możliwa przyczyna wibracji.

Czym jest sterowanie częstotliwością pominięcia (Skip Frequency Control)?

Sterowanie częstotliwością pominięcia, zwane również częstotliwością skokową lub unikaniem niebezpiecznych częstotliwości, pozwala falownikowi unikać ciągłej pracy w wybranych pasmach częstotliwości.

Po zidentyfikowaniu zakresu rezonansu, technik może ustawić wokół niego dolną i górną granicę. Gdy polecenie częstotliwości przechodzi przez ten zakres, falownik przechodzi do następnej dozwolonej częstotliwości roboczej zamiast pozostawać w punkcie rezonansowym.

Na przykład, jeśli silne wibracje występują między 37 Hz a 39 Hz, zakres pominięcia częstotliwości może być skonfigurowany wokół tego obszaru. Jeśli operator wyda polecenie w obrębie zakazanego pasma, napęd będzie pracował na dozwolonej częstotliwości poza nim, w zależności od logiki sterowania i kierunku częstotliwości.

Silnik może nadal krótko przechodzić przez zakres pominięcia podczas przyspieszania lub zwalniania. Celem jest zapobieżenie ciągłej pracy maszyny na częstotliwości, która powoduje nadmierne wibracje.

Jak ustawić zakres pominięcia częstotliwości?

Ustawienia pominięcia częstotliwości powinny opierać się na rzeczywistych testach, a nie na zgadywaniu. Podczas uruchamiania, prędkość silnika można stopniowo zwiększać, podczas gdy technicy monitorują wibracje, hałas, prąd, stan łożysk i zachowanie maszyny.

Po zidentyfikowaniu problematycznego zakresu częstotliwości, można ustawić wokół niego wąskie pasmo pominięcia. Maszynę należy następnie ponownie przetestować pod rzeczywistym obciążeniem, ponieważ zmiany materiału, ciśnienia, napięcia, warunków instalacji lub obciążenia mechanicznego mogą wpłynąć na punkt rezonansu.

Zakres pominięcia nie powinien być niepotrzebnie szeroki. Duży zakazany zakres może ograniczyć kontrolę procesu lub uniemożliwić maszynie osiągnięcie ważnej prędkości roboczej. Należy również przejrzeć ustawienia przyspieszania i zwalniania, aby system mógł płynnie przechodzić przez obszar rezonansu bez powodowania nadmiernych wstrząsów mechanicznych.

Czy sterowanie częstotliwością pominięcia może rozwiązać każdy problem z wibracjami?

Sterowanie częstotliwością pominięcia jest użytecznym narzędziem operacyjnym, ale nie zastępuje konserwacji mechanicznej.

Jeśli wibracje są spowodowane uszkodzonymi łożyskami, luźnymi śrubami, słabymi fundamentami, zużytymi sprzęgłami, niewyważeniem wirnika, niewspółosiowością wału lub nieprawidłową instalacją, unikanie jednego zakresu prędkości nie naprawi podstawowego problemu. Te usterki mogą się pogorszyć i ostatecznie wpłynąć na inne prędkości robocze.

Dlatego przed poleganiem na unikaniu częstotliwości należy sprawdzić maszynę. Jeśli wymagana prędkość produkcji przypada bezpośrednio w zakresie rezonansu, może być konieczne rozwiązanie mechaniczne. Możliwe środki obejmują wyważanie obracających się części, korygowanie współosiowości, wzmacnianie konstrukcji, zmianę sztywności montażu, dodanie tłumienia lub przeprojektowanie układu napędowego.

Używanie VEIKONG VFD500 do unikania częstotliwości VFD500 obsługuje również sterowanie V/F i sterowanie wektorowe bez czujnika, co pozwala na wybór metody sterowania w zależności od silnika i obciążenia. Dzięki standardowej komunikacji Modbus, wbudowanym jednostkom hamowania, wielu funkcjom ochrony i kompaktowej konstrukcji, może być rozważany do maszyn tekstylnych, urządzeń drukarskich i pakujących, maszyn spożywczych, maszyn do tworzyw sztucznych, urządzeń do obróbki drewna, systemów logistycznych i innych zastosowań napędzanych silnikiem.

Podczas stosowania VEIKONG VFD500, inżynierowie powinni najpierw zidentyfikować, czy wibracje są związane z określoną częstotliwością roboczą, czy z wadą mechaniczną. Przy prawidłowej inspekcji, ustawieniu parametrów i testach obciążeniowych, funkcja pominięcia częstotliwości może pomóc maszynie unikać szkodliwych obszarów rezonansu i utrzymać bardziej stabilną pracę. Sterowanie częstotliwością pominięcia falownika,

Rezonans mechaniczny w systemach silnikowych