La vibrazione e il rumore inaspettati non significano sempre che un motore o un variatore di frequenza sia difettoso. In alcune macchine industriali, l'apparecchiatura può funzionare senza problemi alla maggior parte delle velocità, ma iniziare a scuotere, ronzare o vibrare fortemente all'interno di un particolare intervallo di velocità. Una volta che il motore supera tale intervallo, la vibrazione può diminuire di nuovo.
Questo comportamento è spesso correlato alla risonanza meccanica. Comprendere perché si verifica la risonanza e come funziona il controllo di frequenza di salto dei VFD può aiutare gli ingegneri a ridurre le vibrazioni, proteggere i componenti meccanici e migliorare l'affidabilità delle apparecchiature.
Cos'è la risonanza meccanica?
Ogni struttura meccanica ha una o più frequenze naturali. Queste dipendono da fattori quali massa, rigidità, forma, metodo di montaggio, lunghezza dell'albero, progettazione dell'accoppiamento e struttura di supporto.
Quando una forza esterna eccita ripetutamente una macchina a una o vicino a una delle sue frequenze naturali, la vibrazione può diventare molto più forte. Questo effetto è chiamato risonanza meccanica.
In un sistema azionato da motore, l'eccitazione può provenire da squilibrio rotante, disallineamento dell'albero, accoppiamenti, ventole, cinghie, ingranaggi, pompe, cuscinetti o dalla macchina azionata stessa. Una piccola vibrazione accettabile a una velocità può diventare grave quando la frequenza di eccitazione si avvicina alla frequenza naturale del sistema meccanico.
Ad esempio, una ventola può funzionare senza problemi a 30 Hz e 45 Hz, ma mostrare vibrazioni significative intorno ai 38 Hz. Il motore potrebbe non essere sovraccarico e il VFD potrebbe non segnalare un guasto. Il problema appare perché quel punto operativo eccita una frequenza di risonanza nella ventola, nel telaio, nel condotto o nella struttura di montaggio.
Come influisce la velocità del motore sulla risonanza?
Un variatore di frequenza controlla la velocità del motore modificando la sua frequenza di uscita. All'aumentare della frequenza, il motore e la macchina collegata attraversano un'ampia gamma di velocità di rotazione.
Questa flessibilità migliora il controllo del processo, ma significa anche che l'apparecchiatura può entrare in un intervallo di velocità che raramente veniva raggiunto durante il funzionamento a velocità fissa. Se tale velocità corrisponde a un punto di risonanza meccanica, le vibrazioni e il rumore possono aumentare.
La relazione non è sempre uno a uno. Anche la frequenza di ingranamento degli ingranaggi, la frequenza di passaggio delle pale, le vibrazioni delle cinghie, le armoniche del motore e altre forze possono eccitare la macchina. Pertanto, la frequenza visualizzata dal VFD deve essere trattata come un riferimento operativo piuttosto che come l'unica causa possibile di vibrazione.
Cos'è il controllo di frequenza di salto?
Il controllo di frequenza di salto, chiamato anche frequenza di salto o evitamento di frequenza pericolosa, consente al VFD di evitare il funzionamento continuo all'interno di bande di frequenza selezionate.
Dopo aver identificato un intervallo di risonanza, il tecnico può impostare un limite inferiore e superiore attorno ad esso. Quando il comando di frequenza attraversa questo intervallo, il VFD passa alla frequenza operativa consentita successiva invece di rimanere al punto di risonanza.
Ad esempio, se si verificano forti vibrazioni tra 37 Hz e 39 Hz, l'intervallo di frequenza di salto può essere configurato attorno a quell'area. Se l'operatore fornisce un comando all'interno della banda proibita, l'azionamento funzionerà a una frequenza consentita al di fuori di essa, a seconda della logica di controllo e della direzione della frequenza.
Il motore può ancora attraversare brevemente l'intervallo di salto durante l'accelerazione o la decelerazione. Lo scopo è impedire alla macchina di funzionare continuamente alla frequenza che produce vibrazioni eccessive.
Come impostare un intervallo di frequenza di salto?
Le impostazioni di frequenza di salto devono basarsi su test effettivi piuttosto che su congetture. Durante la messa in servizio, la velocità del motore può essere aumentata gradualmente mentre i tecnici monitorano le vibrazioni, il rumore, la corrente, le condizioni dei cuscinetti e il comportamento della macchina.
Una volta identificato l'intervallo di frequenza problematico, è possibile impostare una banda di salto stretta attorno ad esso. La macchina dovrebbe quindi essere testata nuovamente sotto carico reale perché cambiamenti nel materiale, nella pressione, nella tensione, nelle condizioni di installazione o nel carico meccanico possono influire sul punto di risonanza.
L'intervallo di salto non dovrebbe essere reso inutilmente ampio. Un ampio intervallo proibito può limitare il controllo del processo o impedire alla macchina di raggiungere una velocità operativa importante. Anche le impostazioni di accelerazione e decelerazione dovrebbero essere riviste in modo che il sistema possa attraversare l'area di risonanza senza creare uno shock meccanico eccessivo.
Il controllo di frequenza di salto può risolvere ogni problema di vibrazione?
Il controllo di frequenza di salto è uno strumento operativo utile, ma non sostituisce la manutenzione meccanica.
Se le vibrazioni sono causate da cuscinetti danneggiati, bulloni allentati, fondazioni scadenti, accoppiamenti usurati, squilibrio del rotore, disallineamento dell'albero o installazione errata, evitare un intervallo di velocità non riparerà il problema sottostante. Questi guasti possono peggiorare e alla fine influire su altre velocità operative.
La macchina dovrebbe quindi essere ispezionata prima di fare affidamento sull'evitamento della frequenza. Se la velocità di produzione richiesta cade direttamente all'interno dell'intervallo di risonanza, potrebbe essere necessaria una soluzione meccanica. Possibili misure includono bilanciamento delle parti rotanti, correzione dell'allineamento, rinforzo della struttura, modifica della rigidità di montaggio, aggiunta di smorzamento o riprogettazione del sistema di trasmissione.
Utilizzo di VEIKONGVFD500 per l'evitamento di frequenza
VEIKONGVFD500 include l'evitamento di frequenza pericolosa, rendendolo adatto per macchine industriali compatte che necessitano di evitare specifiche velocità operative di risonanza. Le sue funzioni regolabili di accelerazione e decelerazione possono aiutare il motore ad attraversare le gamme di velocità sensibili in modo più fluido.
IlVFD500 supporta anche il controllo V/F e il controllo vettoriale sensorless, consentendo di selezionare il metodo di controllo in base al motore e al carico. Con la comunicazione Modbus standard, le unità di frenatura integrate, le funzioni di protezione multiple e una struttura compatta, può essere considerato per macchine tessili, apparecchiature di stampa e imballaggio, macchine per alimenti, macchine per materie plastiche, apparecchiature per la lavorazione del legno, sistemi logistici e altre applicazioni azionate da motore.
Quando si applica VEIKONGVFD500, gli ingegneri dovrebbero prima identificare se la vibrazione è correlata a una particolare frequenza operativa o a un difetto meccanico. Con un'ispezione corretta, l'impostazione dei parametri e il test di carico, la funzione di frequenza di salto può aiutare la macchina a evitare aree di risonanza dannose e mantenere un funzionamento più stabile.
Parole correlate:
Controllo di frequenza di salto VFD,
Risonanza meccanica nei sistemi motore
Evitamento di frequenza pericolosa
