تشخيص الأعطال الكهربائية في محركات التيار المتردد باستخدام تحليل الاهتزاز
أعطال كهربائية في محركات الحث بالتيار المتردد هي عيوب في الدائرة المغناطيسية — الجزء الثابت (الستاتور)، أو الروتور، أو الفجوة الهوائية بينهما — تكشف عن نفسها من خلال الاهتزاز. وعلى الرغم من أن تحليل الاهتزازات يرتبط في أغلب الأحيان بمشكلات ميكانيكية كـ عدم الاتزان و عيوب المحمل، إلا أنه يُعدّ أيضاً وسيلةً فعّالة للكشف عن الأعطال الكهربائية. تُولّد الأعطال الكهربائية قوىً مغناطيسية نابضة تجعل الجزء الثابت والروتور يهتزان؛ وتنتقل هذه الاهتزازات عبر هيكل المحرك ويمكن التقاطها بسهولة بواسطة مقياس التسارع. وتكمن المهارة في التعرّف على الأنماط المرتبطة بتردد التغذية وبعدد أقطاب المحرك’.
1. المقدمة: الأعطال الكهربائية كمصدر للاهتزاز
يكمن مفتاح تشخيص الأعطال الكهربائية في البحث عن ذروات محددة عند ترددات مرتبطة بتردد خط الكهرباء — 50 هرتز أو 60 هرتز تبعاً للمنطقة — وبعدد أقطاب المحرك. ولأن هذه القوى مغناطيسية لا ميكانيكية بحتة، ثمة دليلان يُميّزانها عن الأعطال الميكانيكية العادية: ترتبط ترددات هذه الأعطال بالتغذية لا بسرعة المحور، وكثير منها يتغيّر بتغيّر حمل المحرك. الاختبار التشخيصي الكلاسيكي هو تخفيف الحمل مع مراقبة الطيف؛ فالذروة التي تنهار عند رفع الحمل تكاد تكون كهربائية المصدر بيقين. إن الفهم الواضح لـ التردد الكهربائي و من المحرك ينزلق يدعم كل تشخيص أدناه.
2. أعطال الجزء الثابت
قد تؤدي مشكلات الجزء الثابت — مثل ارتخاء الحديد، أو ارتخاء الملفات، أو قِصر الصفائح — إلى جعل الجزء الثابت لا مركزيّاً أو مشوهاً، مما ينتج مجالاً مغناطيسياً غير متجانس حول التجويف. والنتيجة النموذجية هي قوة مغناطيسية تنبض عند ضعفي تردد الخط.
- توقيع الاهتزاز: أكثر المؤشرات شيوعاً هو ارتفاع القمة عند ضعفَي تردد الخط (2×Fل). بالنسبة إلى محرك 60 Hz يكون ذلك 120 Hz (7200 CPM)؛ وبالنسبة إلى محرك 50 Hz يكون 100 Hz (6000 CPM). لاحظ أن قمة 2×Fل ليست خاصة بأعطال الجزء الثابت — إذ قد يؤدي عدم اتزان جهد التغذية، واللامركزية في الفجوة الهوائية، ورنين الإطار إلى رفعها أيضاً.
- صفات: الـ 2×Fل تكون القمة عادةً أكثر ثباتاً وأقل حساسية للحمل من بصمات قضبان الدوّار، لكنها ليست مضمونة الثبات — أكّد التشخيص بفحوص تيار الطور وبمقارنة الأطياف تحت الحمل وبدون حمل. وغالباً ما يكون الاهتزاز أعلى ما يكون في اتجاه أقدام تثبيت الجزء الثابت، حيث يكون الإطار أشد صلابة في مواجهة قوة الجذب النابضة. عيوب الجزء الثابت يُخطأ في تمييزها عن ارتخاء عند ضعفَي سرعة الدوران، لذا يكتسب اختبار الحمل وقراءة التردد الدقيقة أهمية بالغة.
3. أعطال الدوار (قضبان الدوار المكسورة)
تُعدّ أشرطة الروتور المتشقّقة أو المكسورة من حالات العطل الشائعة في محركات الحث بالتيار المتردد. حين ينكسر شريط ما، فإنه يُعطّل تدفق التيار في قفص الروتور، مُولِّداً تسخيناً موضعياً وعزم دوران نابضاً يُعدِّل اهتزاز سرعة الدوران.
- توقيع الاهتزاز: العلامة الكلاسيكية لـ قضبان دوارة مكسورة يكون تردد عبور القطب (FP) أشرطة جانبية محيط سرعة الجري (1×) القمة و ذروتها التوافقيات.
- تردد عبور القطب (FP): معدل انزلاق الروتور متخلّفاً عن المجال المغناطيسي الدوّار، ويُحسب بوصفه فP = عدد الأقطاب × تردد الانزلاق، حيث تردد الانزلاق هو الفرق بين السرعة التزامنية للمجال والسرعة الفعلية للعمود.
- صفات: ابحث عن ذروة 1× تحاط بجانبَين واضحَين، أحدهما عند (1× + FP) والآخر عند (1× − FP). مع تطور الضرر، تظهر أجناب جانبية حول التوافقيات 2× و3× أيضاً. خلافاً لأعطال الإستاتور، يتميز هذا التوقيع بحساسية عالية للحمل — تكبر الأجناب الجانبية مع زيادة الحمل وقد تختفي كلياً عند انعدام الحمل.
4. فجوة الهواء اللامركزية
ال الفجوة الهوائية هو الفجوة الهوائية الصغيرة بين الروتور والإستاتور. إذا لم تكن منتظمة حول التجويف، ينتج عن ذلك سحب مغناطيسي يُجبر الروتور على الاهتزاز.
- الانحراف الثابت: يدور الروتور متمركزاً في محامله، غير أن قلب الإستاتور غير مستدير، مما يجعل أضيق نقطة في الفجوة ثابتة في الفضاء.
- اللاتمركزية الديناميكية: الروتور نفسه غير مستدير أو خارج المركز، فتدور أضيق نقطة في الفجوة مع الروتور — وهي حالة مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بـ انحراف الدوار.
- توقيع الاهتزاز: ترفع اللامركزية الساكنة عادةً قمة ثابتة عند 2×Fل، لأن نقطة الفجوة الضيقة لا تتحرك. اللامركزية الديناميكية تعدّل الفجوة أثناء دوران الدوار، فتنتج اهتزازًا عند 1× من سرعة التشغيل ونطاقات جانبية عند تردد مرور الأقطاب — عند 2×Fل ± FP وحول التوافقيات لسرعة الدوران. وفي الممارسة العملية، كثيراً ما يتواجد الاثنان معاً، مما يعطي نمطاً مركباً معقداً.
5. التأكيد وأفضل الممارسات
تقع الأعطال الكهربائية قريباً من مكونات سرعة الدوران في الطيف، لذا فإن القياس المنضبط ضروري للتمييز بينها.
- الطيف عالي الدقة: يتطلب تشخيص الأعطال الكهربائية طيفاً عالي الدقة طيف تحويل فورييه السريع بعدد كافٍ من الخطوط لفصل توافقيات سرعة الدوران عن توافقيات تردد الشبكة وأجنابها الجانبية المتقاربة. وكثيراً ما يكون التكبير/التكبير/التصغير الطريقةَ الوحيدة لتحليل أجناب تردد الانزلاق الجانبية بوضوح.
- الحمل أمر بالغ الأهمية: لمشاكل أشرطة الروتور، يجب أن يعمل المحرك تحت حمل كبير — عادةً فوق 75% — حتى يظهر العيب. يُعدّ تغيير الحمل مع مراقبة الذرى أكثر الطرق موثوقية في الميدان للتمييز بين المصادر الكهربائية والميكانيكية.
- التقاطها في الميدان: محلل محمول ثنائي القناة مثل Balanset-1A يسجّل الطيف وسرعة التشغيل المتزامنة على المحرك في مكانه، مما يُيسّر تحديد ذروة ضعف المغزل 2×Fل أو الأحزمة الجانبية لمرور الأقطاب المعتمدة على الحِمل في العضو الثابت، قبل الشروع في الفك والتفكيك — وحيثما يتبيّن أن المسبب الحقيقي هو عدم توازن ميكانيكي، يمكن موازنة الدوار في نفس الزيارة.
- التأكيد بتقنيات أخرى: يمكن دعم التشخيصات بتحليل توقيع تيار المحرك (MCSA) أو باستخدام التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، الذي يكشف التسخين الموضعي الناجم عن الموصّلات المكسورة أو الصفائح الموصولة قصيرة. إن مقارنة النتائج مع المجموعة الأوسع من عيوب المحرك يتجنّب الخلط بين عطل كهربائي وعطل ميكانيكي.
