Частота 2 герца

Содержание

Среднее значение и частота

Основная статья: Стандарты напряжений и частот в разных странах

Основные параметры сети переменного тока — напряжение и частота — различаются в разных регионах мира. В большинстве европейских стран низкое сетевое напряжение в трёхфазных сетях составляет 230/400 В при частоте 50 Гц, а в промышленных сетях — 400/690 В. В Северной, Центральной и частично Южной Америке низкое сетевое напряжение в сетях с раздёлённой фазой составляет 115 В при частоте 60 Гц.

Более высокое сетевое напряжение (от 1000 В до 10 кВ) уменьшает потери при передаче электроэнергии и позволяет использовать электроприборы с большей мощностью, однако, в то же время, увеличивает тяжесть последствий от поражения током неподготовленных пользователей от незащищённых сетей.

Для использования электроприборов, предназначенных для одного сетевого напряжения, в районах, где используется другое, нужны соответствующие преобразователи (например, трансформаторы). Для некоторых электроприборов (главным образом, специализированных, не относящихся к бытовой технике) кроме напряжения играет роль и частота питающей сети.

Современное высокотехнологичное электрооборудование, как правило, содержащее в своём составе импульсные преобразователи напряжения, может иметь переключатели на различные значения сетевого напряжения либо не имеет переключателей, но допускает широкий диапазон входных напряжений: от 100 до 240 В при номинальной частоте от 50 до 60 Гц, что позволяет использовать данные электроприборы без преобразователей практически в любой стране мира.

Параметры сетевого напряжения в России

Производители электроэнергии генерируют переменный ток промышленной частоты (в России — 50 Гц). В подавляющем большинстве случаев по линиям электропередач передаётся трёхфазный ток, повышенный до высокого и сверхвысокого электрического напряжения с помощью трансформаторных подстанций, которые находятся рядом с электростанциями.

Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), сетевое напряжение должно составлять 230 В ±10 % при частоте 50 ±0,2 Гц (межфазное напряжение 400 В, напряжением фаза-нейтраль 230 В, четырёхпроводная схема включения «звезда»), примечание «a)» стандарта гласит: «Однако системы 220/380 В и 240/415 В до сих пор продолжают применять».

К жилым домам (на сельские улицы) подводятся четырёхпроводные (три фазовых провода и один нейтральный (нулевой) провод) линии электропередач (воздушные или кабельные ЛЭП) с межфазным напряжением 400 Вольт. Входные автоматы и счётчики потребления электроэнергии, обычно, трёхфазные. К однофазной розетке подводится фазовый провод, нулевой провод и, возможно, провод защитного заземления или зануления, электрическое напряжение между «фазой» и «нулём» составляет 230 Вольт.

В правилах устройства электроустановок (ПУЭ-7) продолжает фигурировать величина 220, но фактически напряжение в сети почти всегда выше этого значения и достигает 230—240 В, варьируясь от 190 до 250 В.

Номинальные напряжения бытовых сетей (низкого напряжения): Россия (СССР, СНГ)

До 1926 года техническим регулированием электрических сетей общего назначения занимался Электротехнический отдел ИРТО, который только выпускал правила по безопасной эксплуатации. При обследовании сетей РСФСР перед созданием плана ГОЭЛРО было установлено, что на тот момент использовались практически все возможные напряжения электрических токов всех видов. Начиная с 1926 года стандартизация электрических сетей перешла к Комитету по стандартизации при Совете Труда и Обороны (Госстандарт), который выпускал стандарты на используемые номинальные напряжения сетей и аппаратуры. Начиная с 1992 года Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации выпускает стандарты для электрический сетей стран входящих в ЕЭС/ОЭС.

Переменный ток 50 Гц с разделённой фазой или постоянный ток,

двух-/трёхпроводные линии

Трёхфазный переменный ток, 50 Гц
110/220 В 220/440 В 3×120 В

(треугольник)

127/220 В 220/380 В 230/400 В
Временные правила ИРТО, 1891 широко используется запрещен разрешён запрещен запрещен запрещен
Дополнение к временным правилам ИРТО от 1898 широко используется разрешён широко используется разрешён разрешён
ГОЭЛРО I очередь (1920) предпочтителен
ОСТ 569 (1928) предпочтителен предпочтителен разрешён предпочтителен
ОСТ 5155 (1932) разрешён разрешён разрешён разрешён
ГОСТ 721-41 разрешён разрешён допускается сохранение существующих установок разрешён предпочтителен
ГОСТ 5651-51 разрешён разрешён разрешён разрешён
ГОСТ 721-62 разрешён разрешён допускается сохранение существующих установок разрешён предпочтителен
ГОСТ 5651-64 разрешён разрешён разрешён
ГОСТ 721-74 разрешён разрешён допускается сохранение существующих установок разрешён предпочтителен
ГОСТ 21128-75 разрешён разрешён для ранее разработанного оборудования предпочтителен
ГОСТ 23366-78 разрешён разрешён для ранее разработанного оборудования предпочтителен
ГОСТ 21128-83 разрешён разрешён для ранее разработанного оборудования предпочтителен разрешён
ГОСТ 5651-89 разрешён разрешён
ГОСТ 29322-92 (МЭК 38-83) разрешён до 2003 года предпочтителен
ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) в текст стандарта внесено примечание: «Однако … до сих пор продолжают применять.» предпочтителен

Примечания «Р»

  1. «Акционерное Общество Электрического Освещения 1886 года» использовало этот номинал (напряжение на зажимах трансформатора 133 В), что и было отражено в ОСТ 569. В результате гармонизации с рекомендациями МЭК в шкале стандартных напряжений ГОСТ 721 он был заменён на номинал 3×127 В, но допускалось сохранение существующих установок 3×120 В. Фактически, сети тех крупных городов, которые его использовали, уже переходили на «звезду» с номиналами 127/220 В и 220/380 В.
  2. Номинал трёхфазного переменного тока 230/400 В, начиная c ОСТ 569, 1928 года, являлся предпочтительным для источников тока (генераторов и трансформаторов).
  3. 1 2 3 4 Использование тока высокого напряжения выше ±225 В или выше ∼110 В было запрещено в бытовых сетях, не требующих квалифицированного персонала.
  4. Первоначально, в I очереди плана ГОЭЛРО было намечено строительство сетей 120/210 В, исходя из того, что в сетях некоторых крупных городов использовалось 3×120 В (треугольник), однако, при реализации, строили сети 127/220 В.
  5. 1928-1931 гг. Витебск, Вязьма, Бобруйск, Рыльск, Россошь, Златоуст, Камышин, Камень, Красноярск, Чита, Острогожск, Старобельск, Чугуев, Красноград, Хмельник, Купянск, Проскуров, Червоное … и др. См.: Гейлер Л.Б. 110 или 220 V в распределительных сетях населённых мест // Электричество. — 1933. — № 9. — С. 39.
    Впоследствии все крупные новые электросети СССР создавались на 220/380 В.
  6. 1932-40 гг., Ленэнерго, переход старых сетей 3×120 В на 127/220 В. См.: Айзенберг Б.Л., Мануйлов Р.Е. Заземление нейтрали городской кабельной сети низкого напряжения // Электричество. — 1940. — № 11. — С. 54.
  7. 1936-47 гг., Мосэнерго, переход избранных районов старых сетей 3×120 В на 127/220 В. См.: Плюснин К.Л. Низковольтная замкнутая сетка в Московской кабельной электросети // Электричество. — 1937. — № 22. — С. 7., и Куликовский А.А. Система городских распределительных сетей низкого напряжения с искусственными нейтральными точками // Электричество. — 1947. — № 9. — С. 45.
  8. В других стандартах, связанных с промышленным применением, например, ГОСТ 185-41, номинал 127/220 В остался недоступен для новых изделий.
  9. 1 2 3 Стандарты ГОСТ 5651 — «Аппаратура радиоприёмная бытовая», в частности, определяли номиналы напряжения питания радиоприёмников.
  10. 1 2 1950 г., начало перевода низковольтной сети со 127 В на 220/127 В и применения напряжения 380/220 В для электроснабжения новых жилых районов Москвы. См.: Зуев Э.Н.. Московских окон негасимый свет.
  11. 1970-79 гг., Киев, Ленинград и Харьков, в основном, перешли на 220/380 В. Хотя отдельные дома, в которых переход не завершился, встречались и позднее.

Примечания

  1. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
  2. Грищенко А.И., Зиноватный П.С. Энергетическое право России. (Правовое регулирование электроэнергетики в 1885—1918 гг.). — М.: «Юрист», 2008. — С. 118.
  3. Грищенко А.И., Зиноватный П.С. Энергетическое право России. (Правовое регулирование электроэнергетики в 1885—1918 гг.). — М.: «Юрист», 2008. — С. 13.
  4. План электрификации РСФСР. — 2-е изд. — М.: Госполитиздат, 1955. — С. 213,355,356,361. — 660 с.
  5. Производство пара, паровые машины, пароме турбины, двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, ветряные двигатели, водяные двигатели, насосы и компрессоры, теплосиловое хозяйство, электротехника, освещение // Hütte Справочник для инженеров, техников и студентов. — М.-Л.: ОНТИ, 1936. — Т. 3. — С. 950.
  6. Проект общесоюзного стандарта «Номинальные напряжения стационарных установок сильного тока» (Взамен ОСТ 4760 и ОСТ 5155)(2-я редакция, Октябрь 1938 г.) // Электричество. — 1939. — № 1. — С. 30.
  7. Основные напряжения ГОСТ 721-41.
  8. Левитин Е. Государственный общесоюзный стандарт на радиовещательные приемники // Радио. — 1951. — № 9. — С. 11-13.
  9. Левитин Е.А., Левитин Л.Е. Радиовещательные приемники. — Издание второе, переработанное и дополненное. — М.: Энергия, 1967. — С. 349.
  10. Основные напряжения ГОСТ 21128-75.

Период колебаний.

Период колебаний — это наименьший промежуток времени, через который система, соверша­ющая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она находилась в начальный момент времени, выбранный произвольно.

Другими словами, период колебаний (Т) — это время, за которое совершается одно полное ко­лебание. Например, на рисунке ниже это время, за которое грузик маятника перемещается из крайней правой точки через точку равновесия О в крайнюю левую точку и обратно через точку О снова в крайнюю правую.

За полный период колебаний, таким образом, тело проходит путь, равный четы­рем амплитудам. Период колебаний измеряется в единицах времени — секундах, минутах и т. д. Период колебаний может быть определен по известному графику колебаний, (см. рис. ниже).

Понятие «период колебаний», строго говоря, справедливо, лишь когда значения колеблющей­ся величины точно повторяются через определенный промежуток времени, т. е. для гармоничес­ких колебаний. Однако это понятие применяется также и для случаев приблизительно повторяю­щихся величин, например, для затухающих колебаний.

Лекция 14. Спектральный анализ вибрации

Спектральный анализ – это метод обработки сигналов, который позволяет выявить частотный состав сигнала. Известны методы обработки вибрационного сигнала: корреляционный, автокорреляционный, спектральной мощности, кепстральных характеристик, расчета эксцесса, огибающей. Наибольшее распространение получил спектральный анализ, как метод представления информации, из-за однозначной идентификации повреждений и понятных кинематических зависимостей между происходящими процессами и спектрами вибрации.

Наглядное представление о составе спектра дает графическое изображение вибрационного сигнала в виде спектрограмм. Выявление картины амплитуд, составляющих вибрации позволяет идентифицировать неисправности оборудования. Анализ спектрограмм виброускорения позволяет распознать повреждения на ранней стадии. Спектрограммы виброскорости используются при мониторинге развитых повреждений. Поиск повреждений проводится на заранее определенных частотах возможных повреждений. Для анализа вибрационного спектра, выделяются основные составляющие спектрального сигнала из следующего перечня.

  1. Оборотная частота – частота вращения приводного вала механизма или частота рабочего процесса – первая гармоника. Гармоники – частоты кратные оборотной частоте (рисунок 102), превышающие оборотную частоту в целое число раз (2, 3, 4, 5, …). Часто гармоники называют супергармониками. Гармоники характеризуют неисправности: несоосность, изгиб вала, повреждения соединительной муфты, износ посадочных мест. Количество и амплитуда гармоник показывают степень повреждения механизма.

    Рисунок 102 – Гармонические составляющие вибрационного сигнала при дисбалансе ротора

    Основные причины появления гармоник:

    • дисбаланс вибрация неуравновешенного ротора проявляется в виде синусоидальных колебаний с частотой вращения ротора, изменение частоты вращения приводит к изменению амплитуды колебаний в квадратичной зависимости;
    • изгиб вала, несоосность валов – определяются по повышенным амплитудам чётных гармоник 2-й или 4-й, проявляются в радиальном и осевом направлениях;
    • проворот подшипникового кольца на валу или в корпусе может привести к появлению нечётных гармоник – 3-й или 5-й.
  2. Субгармоники – дробные части первой гармоники (1/2, 1/3, 1/4, …оборотной частоты вращения), их появление в спектре вибрации свидетельствует о наличии зазоров, повышенной податливости деталей и опор (рисунок 103). Иногда повышенная податливость, зазоры в узлах приводят к появлению полуторных гармоник 1½, 2½, 3½….оборотной частоты (рисунок 104).

    Рисунок 103 – Субгармоника 1/4 оборотной частоты вибрационного сигнала

    Рисунок 104 – Полуторные гармоники оборотной частоты

  3. Резонансные частоты – частоты собственных колебаний деталей механизма. Резонансные частоты остаются неизменными при изменении частоты вращения вала (рисунок 105).

    Рисунок 105 – Резонансная составляющая на частоте 1140 Гц

  4. Негармонические колебания – на данных частотах проявляются повреждения подшипников качения. В спектре колебаний появляются составляющие с частотой возможных повреждений подшипника (рисунок 106):
    • повреждения наружного кольца fнк = 0,5 × z × fвр × (1 – d × cos β / D);
    • повреждения внутреннего кольца fвк = 0,5 × z × fвр × (1 + d × cos β / D);
    • повреждения тел качения fтк = (D × fвр / d) × ;
    • повреждения сепаратора fс = 0,5 × fвр × (1 – d × cos β / D),

    где fвр – частота вращения вала; z число тел качения; d – диаметр тел качения; β – угол контакта (соприкосновения тел качения и беговой дорожки); D – диаметр окружности, проходящей через центры тел качения (рисунок 107).

    Рисунок 106 – Спектр виброскости подшипника качения с повреждениями наружного кольца – появление гармоник с частотой перекатывания тел качения по наружному кольцу

    Рисунок 107 – Схема к расчету частот повреждений подшипников

    При значительном развитии повреждения появляются гармонические составляющие. Степень повреждения подшипника определяется числом гармоник определенного повреждения.

    Повреждения подшипников качения приводят к появлению большого количества составляющих в спектре виброускорения в районе собственных частот подшипников 2000…4000 Гц (рисунок 108).

    Рисунок 108 – Резонанс тел качения при износе подшипника на частоте 2800…3700 Гц в спектре виброускорения

  5. Зубцовые частоты – частоты равные произведению частоты вращения вала на число элементов (число зубьев, число лопастей, число пальцев):

    fповр = z × fвр,

    где z – число зубьев колеса либо число лопаток.

    Повреждения, проявляемые на зубцовой частоте, могут генерировать гармонические составляющие при дальнейшем развитии повреждения (рисунок 109).

    Рисунок 109 – Зубцовые частоты и негармоническая составляющая повреждений подшипника

  6. Боковые полосы – модуляция процесса, появляются при развитии повреждений зубчатых колес, подшипников качения. Причин появления – изменение скорости при взаимодействии поврежденных поверхностей. Значение модуляции указывает на источник возбуждения колебаний. Анализ модуляций позволяет узнать происхождение и степень развития повреждения (рисунок 110).

    Рисунок 110 – Модуляция с частотой 47 Гц зубцовой составляющей на частоте 708 Гц

  7. Вибрация электрического происхождения обычно наблюдается на частоте 50 Гц, 100 Гц, 150 Гц и других гармониках (рисунок 111). Частота вибрация электромагнитного происхождения исчезает в спектре при отключении электрической энергии. Причина повреждения может быть связана с механическими повреждениями, например, ослаблением резьбовых соединений крепления статора к раме.

    Рисунок 111 – Модуляции с частотой 100 Гц вибрационного сигнала

  8. Шумовые составляющие, возникают при заеданиях, механических контактах или нестабильной частоте вращения. Характеризуются большим числом составляющих различной амплитуды (рисунок 112).

    Рисунок 112 – Шумовые компоненты в составе вибрационного сигнала

При наличии знаний о составляющих спектра появляется возможность различения их в частотном спектре и определения причин и следствий повреждения (рисунок 113).

(а)

(б)

(в)

(г)

Рисунок 113 – Примеры спектральной формы вибрационного сигнала:
а) спектрограмма виброскорости механизма, имеющего дисбаланс ротора и частоту первой гармоники 10 Гц; б) спектр виброскости подшипника качения с повреждениями наружного кольца – появление гармоник с частотой перекатывания тел качения по наружному кольцу; в) спектрограмма виброускорения соответствующая повреждениям подшипников качения шпинделя вертикально-фрезерного станка – резонансные составляющие на частотах 7000…9500 Гц; г) спектрограмма виброускорения при схватывании второго рода, детали обрабатываемой на металлорежущем станке

Правила анализа спектральных составляющих

  1. Большие число гармоник характеризует большие повреждения механизма.
  2. Амплитуды гармоник должны уменьшаться с увеличением числа гармоники.
  3. Амплитуды субгармоник должны быть меньше амплитуды первой гармоники.
  4. Увеличение числа боковых полос свидетельствует о развитии повреждения.
  5. Большее значение должна иметь амплитуда первой гармоники.
  6. Глубина модуляции (отношение амплитуды гармоники к амплитуде боковых полос) определяет степень повреждения механизма.
  7. Амплитуды составляющих виброскорости не должны превышать допустимых значений, принятых при анализе общего уровня вибрации. Одним из признаков наличия значительных повреждений является присутствие в спектре виброускорения составляющих со значениями свыше 9,8 м/с2.

Для эффективного мониторинга технического состояния необходим ежеме-сячный контроль спектрального анализа составляющих виброскорости. В истории развития повреждений существует несколько этапов:

  • хорошее состояние характеризуется низким уровнем преобладающей составляющей оборотной частоты контролируемого вала и наличием большого числа гармоник малой амплитуды (рисунок 114а);
  • начальная неуравновешенность появления гармоник оборотной частоты с преобладанием первой гармоники (рисунок 114б) наиболее благоприятное время для проведения балансировки, регулировки, затяжки резьбовых соединений;
  • средний уровень повреждений – появляются многочисленные гармоники с преобладанием полуторных гармоник (1½, 2½, 3½….оборотной частоты) свидетельствующие о наличии зазоров между сопрягаемыми деталями, в этом случае наряду с заменой деталей требуется восстановление посадочных поверхностей подшипников (рисунок 114в);
  • значительные повреждения приводят к значительному преобладанию первой гармоники – необходимо восстановление фундамента (рисунок 114г).

(а)

(б)

(в)

(г)

Рисунок 114 – Этапы развития повреждений механизма – виткоукладчика:
а) хорошее состояние; б) начальная неуравновешенность; в) средний уровень повреждений; г) значительные повреждения

Одним из характерных повреждений механизма после длительной эксплуатации (10…15 лет) является непараллельность опорных поверхностей корпуса машины и фундамента, при этом вес машины распределяется на три или две опоры. Спектр виброскорости в этом случае содержит гармонические составляющие с амплитудой более 4,5 мм/с и полуторные гармоники. Повреждение приводит к повышенной податливости корпуса в одном из направлений и нестабильности фазового угла при балансировке. Поэтому, не параллельность опор корпуса машины и фундамента, ослабление резьбовых соединений, износ посадочных мест подшипников, повышенный осевой люфт подшипников перед балансировкой ротора необходимо устранить.

Варианты появления и развития полуторных гармоник представлены на рисунке 115. Малая амплитуда полуторной гармоники характерна для ранней стадии развития данного повреждения (рисунок 115а). Дальнейшее развитие может проходить двумя путями:

  • происходит увеличение амплитуды полуторной гармоники (рисунок 115б);
  • появляются более дробные субгармоники – ⅓ или ¼ и соответственно гармоники 1⅓, 1⅔ или 1¼, 1½, 1¾ (рисунок 115в).

Необходимость ремонта возникает в том случае, если амплитуда полуторной гармоники превышает амплитуду оборотной частоты (рисунок 115г).

(а)

(б)

(в)

(г)

Рисунок 115 – Варианты проявления и развития полуторных гармоник:
а) ранняя стадия развития повреждения – малая амплитуда полуторной гармоники; б) развитие повреждения – увеличение амплитуды полуторной гармоники; в) развитие повреждения – появление гармоник 1¼, 1½, 1¾ и др.;
г) необходимость ремонта – амплитуда полуторной гармоники превышает
амплитуду оборотной частоты

Для подшипников качения также можно выделить характерные спектрограммы виброускорения, связанные с различной степенью повреждения (рисунок 116). Исправное состояние характеризуется наличием незначительных по амплитуде составляющих в низкочастотной области исследуемого спектра 10…4000 Гц (рисунок 116а). Начальная стадия повреждений имеет несколько составляющих с амплитудой 3,0…6,0 м/с2 в средней части спектра (рисунок 116б). Средний уровень повреждений связан с образованием «энергетического горба» в диапазоне 2…4 кГц с пиковыми значениями 5,0…7,0 м/с2 (рисунок 116в). Значительные повреждения приводят к увеличению амплитудных значений составляющих «энергетического горба» свыше 10 м/с2 (рисунок 116г). Замену подшипника следует проводить после начала снижения значений пиковых составляющих. При этом меняется характер трения – в подшипнике качения появляется трение скольжения, тела качения начинают проскальзывать относительно беговой дорожки.

(а)

(б)

(в)

(г)

Рисунок 116 – Этапы развития повреждений подшипника качения:
а) хорошее состояние; б) начальная стадия; в) средний уровень повреждений;
г) значительные повреждения

Анализ огибающей

Работа подшипников качения характеризуется постоянным генерированием шума и вибрации в широкополосном частотном диапазоне. Новые подшипники генерируют слабый шум и практически незаметные механические колебания. По мере износа подшипника в вибрационных процессах начинают проявляться так называемые подшипниковые тоны, амплитуда которых растет по мере развития дефектов. В итоге вибрационный сигнал, генерируемый дефектным подшипником, можно представить, с некоторым приближением, как случайный амплитудно-модулированный процесс (рисунок 117).

Рисунок 117 – Случайный амплитудно-модулированный процесс

Форма огибающей и глубина модуляции являются весьма чувствительными показателями технического состояния подшипника качения и поэтому положены в основу анализа. В качестве меры технического состояния в некоторых программах используется коэффициент амплитудной модуляции:

Km = (Up,max – Up,min) / (Up,max + Up,min).

В начале развития дефектов на «шумовом фоне» начинают появляться под-шипниковые тоны, которые возрастают по мере развития дефектов приблизительно на 20 дБ относительно уровня «шумового фона». На более поздних стадиях развития дефекта, когда он принимает серьезный характер, уровень шумов начинает возрастать и достигает при недопустимом техническом состоянии величины подшипниковых тонов.

Высокочастотная, шумовая часть сигнала меняет свою амплитуду во времени модулируется низкочастотным сигналом. В этом модулирующем сигнале содержится и информация о состоянии подшипника. Наилучшие результаты этот метод даёт в том случае, если анализировать модуляцию не широкополосного сигнала, а предварительно осуществить полосовую фильтрацию вибросигнала в диапазоне примерно 6…18 кГц и анализировать модуляцию этого сигнала. Для этого отфильтрованный сигнал детектируется выделяется модулирующий сигнал, который подаётся на узкополосный спектроанализатор где формируется спектр огибающей.

Небольшие дефекты подшипника не в состоянии вызвать заметные вибрации в области низких и средних частот, генерируемых подшипником. В тоже время для модуляции высокочастотных вибрационных шумов энергии возникающих ударов оказывается вполне достаточно метод обладает очень высокой чувствительностью.

Спектр огибающей имеет всегда очень характерный вид. При отсутствии дефектов он представляет собой почти горизонтальную, слегка волнистую линию. При появлении дефектов, над уровнем этой достаточно гладкой линии сплошного фона начинают возвышаться дискретные составляющие, частоты которых просчитываются по кинематике и оборотам подшипника. Частотный состав спектра огибающей позволяет идентифицировать наличие дефектов, а превышение соответствующих составляющих над фоном однозначно характеризует глубину каждого дефекта.

При диагностике подшипника качения по огибающей удается идентифицировать отдельные неисправности. Частоты спектра огибающей вибрации, на которых обнаруживаются неисправности, совпадают с частотами спектров вибрации. При измерении с использованием огибающей необходимо вводить в прибор величину несущей частоты и проводить фильтрацию сигнала (ширина пропускания не более 1/3 октавы).

|

Вы можете почитать другие статьи блога, воспользовавшись Картой Сайта.

Хотите получать новые статьи прямо на Ваш почтовый ящик?

Введите свой E-mail: *
Хочу подписаться!

Спектральный анализ-это метод обработки сигнала позволяющий выявить частотный состав сигнала и является наиболее распространённым видом анализа сигнала. Выявление повышенных амплитуд вибраций, на частотах, совпадающих с частотами возможных повреждений в элементах, резонансных частотах деталей, на частотах протекания рабочего процесса помогает обнаружить и идентифицировать возникающие дефекты на ранней стадии зарождения и их развития.

Решение задач спектрального анализа возможно при использовании быстрого преобразования Фурье (БПФ) позволяющего определить вклад отдельных составляющих колебаний в общую картину вибрации. С помощью БПФ вибрационный сигнал можно разложить на простейшие составляющие (синусоиды) его колебания различной частоты и амплитуды. Результатом БПФ является построение графика зависимости мощности колебаний от их частоты, который называют спектром.

Для понимания данного процесса посмотрите ниже приведенный видеоролик.

Спектр вибросигнала, показывающий частоты, на которых элементы машины совершают колебания, является очень мощным и полезным инструментом для анализа вибрации машины. Изучая отдельные частоты, на которых элементы машины совершают колебания, можно сделать заключение о возможных причинах вибрации и о техническом состоянии машины.

Для того, чтобы выполнить спектральный анализ используют специальные приборы, которые называются виброанализатор. Большинство виброанализаторов для повышения производительности получения спектров и уменьшения количества измерений используют БПФ. При этом предварительно измеряется вибросигнал определенной продолжительности. Длительность измерения вибросигнала называется выборкой . Длина выборки зависит от частоты вращения механизма или машины и обычно равно 9…10, то есть длина выборки равна 512 …2048 отсчетам. Выборки такой длины позволяют разбить весь анализируемый частотный диапазон на 200 … 800 линий (полос). Все колебания, попадающие в каждую линию (полосу) будут приводиться к среднему значению, отраженному на спектре. Разрешение спектра вибросигнала (Гц/лин) определяется как отношение измеряемого (анализируемого) частотного диапазона (Гц) к числу линий в спектре (лин)

Таким образом, чем больше спектральных линий, которые имеет спектр, тем больше информации может быть получено из него. Это означает что, чем больше линий имеет спектр, тем больше данных можно собрать и поэтому больше потребуется времени на измерение вибросигнала.

Чем выше скорость вращения машины, тем выше будут частоты вибрации, тем больше должен быть измеряемый частотный диапазон, чтобы охватить колебания на высоких частотах.

Для машин, состоящих из механизмов, которые не содержат зубчатые шестерни, лопатки, лопасти, пальцевые и зубчатые муфты, подшипники качения максимальная частота измеряемого частотного диапазона выбирается 10 кратной скорости вращения. Обычно измерение в таком частотном диапазоне позволяет получить всю необходимую информацию о состоянии машины или механизма.

Для машин, состоящих из механизмов, которые содержат зубчатые шестерни, лопатки, лопасти, пальцевые и зубчатые муфты, подшипники качения максимальная частота измеряемого частотного диапазона выбирается 3-х кратному произведению например количества «лопаток» ( пальцев, шариков и т. д.) на скорость вращения машины. Полученная максимальная частота при вычислениях (лопаточная, пальцевая частота, частота шариков , наружного и внутреннего кольца) выбирается в качестве максимальной частоты измеряемого частотного диапазона. Обычно измерение в таком частотном диапазоне позволяет получить всю необходимую информацию о состоянии машины или механизма.

Если измеряемый частотный диапазон очень большой, то разрешение спектра будет мало и информация имеющая отношение к низким частотам колебаний, может быть потеряна. Чтобы избежать потерей деталей в спектре вибросигнала, необходимо соблюдать следующее правило: чем больше частотный диапазон, тем больше нужно линий в спектре.

Иногда физически соблюсти это правило нельзя. В этом случае весь частотный диапазон разбивают на несколько (два, три и т. д.).

Для анализа полученного спектра вибросигнала необходимо знать какие колебания и на какой частоте возникают при появлении того или иного дефекта. В спектре вибросигнала наиболее часто встречаются следующие составляющие:

  1. Оборотная частота – частота вращения вала машины или механизма.
  2. Гармоники — частоты кратные оборотной частоте. Они превышают оборотную частоту на целое число раз (2, 3, 4,5 …). Гармонические колебания всегда синхронны частоте вращения механизма.
  3. Субгармоники – часть целой гармоники (½, 1/3, ¼… оборотной частоты вращения).
  4. Резонансные частоты – частоты собственных колебаний деталей и узлов механизма. Они остаются неизменными при изменении частоты вращения вала или ротора механизма.
  5. Негармонические колебания – несинхронные с частотой вращения вала колебания механизма. На данных частотах появляются колебания связанные с повреждениями элементов подшипника качения, зубчатого зацепления и вызванными электрическими и гидравлическими силами.
  6. Боковые полосы – модуляция процесса появляется при развитии дефектов (подшипников качения, зубчатого зацепления, дефектов электромагнитной и гидравлической природы). Причина появления – изменение скорости (увеличение или снижение) при взаимодействии поврежденных поверхностей.
  7. Широкополосный шум- проявляется при нарушении смазки, неудовлетворительном обтекании потока жидкости или воздуха рабочей поверхности. Проявляется в виде большого числа спектральных составляющих небольшой интенсивности.

Основное правило оценки технического состояния машины или механизма при анализе частотного спектра: при увеличении числа гармоник и увеличении амплитуды колебаний составляющих в спектре состояние машины или механизма считается неудовлетворительным.

P.S. Вы видите карту (рисунок справа), которая поможет вам на первых порах анализировать спектр вибросигнала. Ее Вы можете скачать, перейдя по ссылке, предварительно щелкнув курсором по рисунку.

Дружить со мной:

>
Период, частота, амплитуда и фаза переменного тока

Период и частота переменного тока

Время, в течение которого совершается одно полное изме­нение ЭДС, то есть один цикл колебания или один полный оборот радиуса-вектора, называется периодом колебания пере­менного тока (рисунок 1).

Рисунок 1. Период и амплитуда синусоидального колебания. Период — время одного колебания; Аплитуда — его наибольшее мгновенное значение.

Период выражают в секундах и обозначают буквой Т.

Так же используются более мелкие единицы измерения периода это миллисекунда (мс)- одна тысячная секунды и микросекунда (мкс)- одна миллионная секунды.

1 мс =0,001сек =10-3сек.

1 мкс=0,001 мс = 0,000001сек =10-6сек.

1000 мкс = 1 мс.

Число полных изменений ЭДС или число оборотов ради­уса-вектора, то есть иначе говоря, число полных циклов колеба­ний, совершаемых переменным током в течение одной секунды, называется частотой колебаний переменного тока.

Частота обо­значается буквой f и выражается в периодах в секунду или в герцах.

Одна тысяча герц называется килогерцом (кГц), а миллион герц — мегагерцом (МГц). Существует так же единица гигагерц (ГГц) равная одной тысячи мегагерц.

1000 Гц = 103 Гц = 1 кГц;

1000 000 Гц = 106 Гц = 1000 кГц = 1 МГц;

1000 000 000 Гц = 109 Гц = 1000 000 кГц = 1000 МГц = 1 ГГц;

Чем быстрее происходит изменение ЭДС, то есть чем бы­стрее вращается радиус-вектор, тем меньше период колебания Чем быстрее вращается радиус-вектор, тем выше частота. Таким образом, частота и период переменного тока являются величинами, обратно пропорциональными друг другу. Чем больше одна из них, тем меньше другая.

Математическая связь между периодом и частотой переменного тока и напряжения выра­жается формулами

Например, если частота тока равна 50 Гц, то период будет равен:

Т = 1/f = 1/50 = 0,02 сек.

И наоборот, если известно, что период тока равен 0,02 сек, (T=0,02 сек.), то частота будет равна:

f = 1/T=1/0,02 = 100/2 = 50 Гц

Частота переменного тока, используемого для освещения и промышленных целей, как раз и равна 50 Гц.

Частоты от 20 до 20 000 Гц называются звуковыми часто­тами. Токи в антеннах радиостанций колеблются с частотами до 1 500 000 000 Гц или, иначе говоря, до 1 500 МГц или 1,5 ГГц. Такие вы­сокие частоты называются радиочастотами или колебаниями высокой частоты.

Наконец, токи в антеннах радиолокационных станций, станций спутниковой связи, других спецсистем (например ГЛАНАСС, GPS) колеблются с частотами до 40 000 МГц (40 ГГц) и выше.

Вид та частота струму.

Змінний струм.Наявність в опорі тілі людини ємнісної складової зростання частоти прикладеної напруги супроводжується зменшенням повного опору тіла та зростання струму, що прооходить через тіло людини.

Постійний струм.Постійний струм приблизно в 4 – 5 разів безпечніший, ніж змінний струм частотою 50 Гц. Цей висновок випливає з порівняння значень порогових невідпускаючих струмів (50 – 80 мА для постійного струму та 10 – 15 мА для змінного струму частотою 50Гц) і гранично витримуваних напруг:людина, тримаючи циліндричні електроди в руках, в змозі витримати (за больовими відчуттями) прикладену до неї напругу не більше 21 – 22 В при 50 Гц і не більше 100 – 105 В для постійного струму. Постійний струм, проходячи через тіло людини, викликає слабкі скорочення м`язів і менш неприємні відчуття порівняно зі змінним того ж значення. Лише момент замикання і розмикання ланки струму людина відчуває короткочасні болісні відчуття внаслідок судомного скорочення м`язів. Порівняльна оцінка постійного та змінного струмів справедлива лише для напруг до 500 В. Вважається, що при більш високих напругах постійний струм стає більш небезпечним, ніж змінний з частотою 50 Гц.

Тривалість проходження струму через організм істотно впливає на наслідок ураження: зі зростанням тривалості дії струму зростає ймовірність важкого або смертельного наслідку. Така залежність пояснюється тим, що зі зростанням часу впливу струму на живу тканину підвищується його значення, накопичуються наслідки впливу струму на організм. Зростає також імовірність співпадіння моменту проходження струму через серце з уразливою фазою серцевого циклу (кардіоциклу). Зростання сили струму зі зростанням часу дії пояснюється зниженням опору тіла людини внаслідок місцевого нагрівання шкіри та подразнювальної дії на тканини.

Шлях протікання струму через людину. Практика та експерименти показують, що шлях протікання струму через тіло людини має велике значення з огляду на наслідки ураження. Якщо на шляху струму виявляються життєво важливі органи – серце, легені, головний мозок, то небезпека ураження досить велика, оскільки струм безпосередньо впливає на ці органи. Якщо ж струм проходить іншими шляхами, то його вплив на життєво важливі органи може бути лише рефлекторним, а не безпосереднім. При цьому, хоч небезпека важкого ураження і зберігається, але ймовірність його знижується.

Індивідуальні властивості людини. Відомо, що здорові та фізично міцні люди легше переносять удари електроструму, ніж хворі та слабкі. Особливо сприйнятливішим до електричного струму є особи, які нездужають на захворювання шкіри, серцево – судинної системи, органів внутрішньої секреції, легенів, мають нервові хвороби.

Найбільш типовим в практиці є дві схеми підключення:

— двофазне – між фазами електричного ланцюга;

— однофазне – між фазою і землею.

Згідно до закону Ома величина струму, що протікає через тіло людини при двофазному підключенні дорівнює:

І = = = =0,38 А (380 мА)

де U і U — лінійна і фазова напруга, В;

R — опір тіла людини, Ом;

R — опір одягу, Ом (величина електричного опору одягу залежить від виду і вологості тканини).Для розрахунку приймаємо випадок, коли людина торкається дротів оголеними руками, R =0. Отримана величина струму 380 мА є небезпечною для життя людини.

Дотик людини до однієї фази (однофазне включення з заземленою нейтраллю) менш небезпечно, ніж двофазне. Це слідує з розрахунку:

І =

де R — опір взуття людини, Ом;

R — опір підлоги, на якій стоїть людина, Ом;

R — опір заземлення нейтралі, Ом.

В розрахунках опір гумового взуття дорівнює 5*10 Ом*м, сухої підлоги з цегли – 11*10 Ом*м, лінолеуму – 2*10 Ом*м, дубового паркету – 1,7*10 Ом*м, ізоляція дротів – 0,6*10 Ом*м.

В найбільш небезпечному варіанті, коли людина стоїть на вологому грунті або струмопровідній підлозі у вологому взутті R =0 і R =0

І = =0,22 А (220 мА)

Такий струм небезпечний для життя людини. Якщо людина стоїть на ізольованій підлозі в струмонепровудному взутті, то

І = = 0,002 А (2 мА)

Наведені приклади показують, яке виключне значення для безпеки мають засоби індивідуального захисту.

Гранично допустимий струм, що проходить крізь тіло людини при нормальному (неаварійному) режимі роботи електроустановки, не повинен перевищувати 0,3 мА для змінного струму і 1 мА для постійного струму.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *