1. أساسيات الكهرباء لمحلل الاهتزازات

قبل تشخيص عيوب المحرك من خلال أطياف الاهتزاز، من الضروري فهم الترددات الكهربائية الرئيسية التي تحرك اهتزاز المحرك.

1.1. تردد الخط (LF)

تردد التيار المتردد: 50 هرتز في معظم أنحاء أوروبا وآسيا وأفريقيا وروسيا؛; 60 هرتز في أمريكا الشمالية وأجزاء من أمريكا الجنوبية وآسيا. جميع القوى الكهرومغناطيسية في المحرك مستمدة من هذا التردد.

1.2. ضعف تردد الخط (2×LF)

ال تردد القوة الكهرومغناطيسية السائد في محركات التيار المتردد. في نظام 50 هرتز، 2×LF = 100 هرتز; في نظام بتردد 60 هرتز، 2×LF = 120 هرتز. تبلغ قوة الجذب المغناطيسي بين الجزء الثابت والجزء الدوار ذروتها مرتين لكل دورة كهربائية، مما يجعل 2×LF التردد الأساسي "للاهتزاز الكهربائي" لكل محرك تيار متردد.

1.3. السرعة المتزامنة والانزلاق

يدور المجال المغناطيسي للجزء الثابت بسرعة متزامنة:

where P يمثل عدد الأقطاب. يدور دوار المحرك الحثي دائمًا بسرعة أبطأ قليلاً. هذا الفرق هو ينزلق:

معدل الانزلاق النموذجي عند الحمل الكامل لمحركات الحث القياسية: 1–5%. بالنسبة لمحرك ثنائي الأقطاب بتردد 50 هرتز: N_s = 3000 دورة في الدقيقة، السرعة الفعلية ≈ 2940–2970 دورة في الدقيقة.

1.4. تردد مرور القطب (F_p)

معدل انزلاق أقطاب الدوار متجاوزةً أقطاب الجزء الثابت. والنتيجة هي عالمي — بغض النظر عن عدد الأعمدة:

لمحرك يعمل بتردد 50 هرتز مع انزلاق 2%: F_p = 2 × 0.02 × 50 = 2 هرتز. يظهر هذا التردد على شكل نطاقات جانبية مميزة في أطياف قضبان الدوار المكسورة.

1.5. تردد مرور قضيب الدوار

حيث يمثل R عدد قضبان الدوار. يصبح هذا التردد ونطاقاته الجانبية ذا أهمية عند تلف قضبان الدوار.

1.6. جدول مرجعي لترددات المفاتيح

الجزء الثابتالدواراللفاتفجوة هوائيةميكانيكياًمحوري أي تشوه في الفجوة الهوائية يُغير قوة الجذب المغناطيسي بشكل مباشر، وهذا بدوره يُغير نمط الاهتزاز فوراً. يرمز الرمز ± إلى النطاقات الجانبية (التعديل).

2. لمحة عامة عن أساليب التشخيص

لا توجد تقنية واحدة قادرة على كشف جميع عيوب المحركات الكهربائية. يجمع برنامج التشخيص المتكامل بين عدة طرق تكميلية.

VibrationMCSAوكالة الفضاء الأوروبيةMCAالتصوير الحراري لا توفر أي طريقة منفردة تغطية كاملة. يُنصح بشدة باتباع نهج تشخيصي متكامل.

2.1. تحليل طيف الاهتزاز

الأداة الأساسية لتشخيص معظم المعدات الدوارة. تلتقط مقاييس التسارع الموجودة على أغلفة المحامل أطيافًا تكشف عن عيوب ميكانيكية (عدم التوازن، عدم المحاذاة، تآكل المحامل) وبعض العيوب الكهربائية (فجوة هوائية غير متساوية، لفائف مفكوكة). ومع ذلك،, لا يمكن لتحليل الاهتزازات وحده الكشف عن جميع الأعطال الكهربائية في المحركات.

2.2. تحليل توقيع تيار المحرك (MCSA)

يلتقط مشبك التيار على أحد الأطوار طيف التيار. وتنتج قضبان الدوار المكسورة نطاقات جانبية عند LF ± F p. يتم إجراء فحص MCSA عبر الإنترنت وهو غير جراحي تمامًا.

2.3. تحليل البصمة الكهربائية (ESA)

يقوم بتحليل كل من طيف الجهد والتيار في وقت واحد عند مركز التحكم في المحركات. ويكشف عن عدم تناسق جهد التغذية، والتشوه التوافقي، ومشاكل جودة الطاقة.

2.4. تحليل دائرة المحرك (MCA)

أن غير متصل بالإنترنت اختبار لقياس مقاومة الطور إلى الطور، والحث، والمعاوقة، ومقاومة العزل. ضروري أثناء عمليات إيقاف التشغيل للصيانة.

2.5. مراقبة درجة الحرارة

توفر اتجاهات درجة حرارة ملفات الجزء الثابت ودرجة حرارة المحامل إنذارًا مبكرًا بالحمل الزائد ومشاكل التبريد وتدهور العزل.

3. عيوب الجزء الثابت

تُعزى عيوب الجزء الثابت إلى ما يقارب 23-37% من جميع حالات فشل المحرك. الجزء الثابت هو الجزء غير القابل للحركة الذي يحتوي على قلب حديدي رقائقي وملفات. وتؤدي العيوب إلى اهتزازات بشكل أساسي عند 2×LF (100 هرتز / 120 هرتز) ومضاعفاتها.

3.1. انحراف الجزء الثابت - فجوة هوائية غير متساوية

الفجوة الهوائية بين الدوار والجزء الثابت عادة ما تكون 0.25–2 مم. حتى اختلاف 10% يخلق اختلالًا قابلًا للقياس في القوة الكهرومغناطيسية.

الأسباب

• قدم ناعمة — السبب الأكثر شيوعاً
• علب محامل مهترئة أو تالفة
• تشوه الإطار نتيجة النقل أو التركيب غير السليم
• التشوه الحراري في ظل ظروف التشغيل
• ضعف دقة التصنيع

البصمة الطيفية

• عادةً ما يكون سائداً 2×LF في طيف السرعة الشعاعية
• غالباً ما يصاحب ذلك زيادة طفيفة في 1X and 2X بسبب قوة الجذب المغناطيسي غير المتوازنة (UMP)
• الانحراف الثابت: يهيمن التردد المنخفض 2× مع تعديل طفيف
• المكون الديناميكي: الأشرطة الجانبية عند 2×LF ± 1X قد يظهر

تقييم الخطورة

ملاحظة: هذه إرشادات توضيحية وليست معياراً رسمياً. قارن دائماً بالخط الأساسي للجهاز نفسه.

اختبار التأكيد

اختبار إيقاف التشغيل (اختبار الوميض): أثناء مراقبة الاهتزاز، افصل الطاقة عن المحرك. إذا كانت ذروة التردد المنخفض 2× انخفاض حاد — في غضون ثوانٍ، أسرع بكثير من التباطؤ الميكانيكي — المصدر كهرومغناطيسي.

3.2. لفائف الجزء الثابت غير المحكمة

تتعرض ملفات الجزء الثابت لقوى كهرومغناطيسية بتردد ضعف التردد المنخفض (2×LF) خلال كل دورة تشغيل. ومع مرور الوقت، قد تتدهور وسائل التثبيت الميكانيكية (الإيبوكسي، والورنيش، والأوتاد). تهتز الملفات غير المثبتة بتردد ضعف التردد المنخفض (2×LF) بسعة متزايدة، مما يُسرّع من تآكل العزل نتيجة الاحتكاك.

البصمة الطيفية

• اهتزاز شعاعي في الغالب
• قد يكون 2×LF أقل استقرارًا - تقلبات طفيفة في السعة
• الحالات الشديدة: التوافقيات عند 4×LF، 6×LF

عواقب

هذا هو مدمر لعزل اللفائف يؤدي ذلك إلى تدهور متسارع، وأعطال أرضية غير متوقعة، وفشل كامل في الجزء الثابت يتطلب إعادة لفه.

3.3. كابل طاقة غير محكم - عدم تناسق الطور

يؤدي ضعف التوصيل إلى عدم تناسق المقاومة. حتى عدم تناظر الجهد 1% يسبب ما يقارب 6-10% عدم تناظر التيار. تخلق التيارات غير المتوازنة مكونًا للمجال المغناطيسي يدور للخلف.

البصمة الطيفية

• تزداد سعة التردد المنخفض بمقدار 2× بسبب قوة الجذب المغناطيسي غير المتوازنة
• في بعض الحالات،, نطاقات جانبية قريبة من ±⅓×LF (حوالي 16.7 هرتز في أنظمة 50 هرتز) حول ذروة التردد المنخفض المزدوج
• في الطيف الحالي (MCSA): تيار التسلسل السالب المرتفع

الفحوصات العملية

• تحقق من جميع نهايات الكابلات، ووصلات قضبان التوزيع، وموصلات الموصلات
• قياس مقاومة الطور إلى الطور - ضمن نطاق 1% من بعضها البعض
• قم بقياس جهد التغذية على جميع الأطوار الثلاثة - يجب ألا يتجاوز عدم التماثل 1%
• التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لصندوق توصيل الكابلات

3.4. رقائق الجزء الثابت القصيرة

يؤدي تلف العزل بين الطبقات إلى دوران التيارات الدوامية، مما يخلق بؤرًا ساخنة موضعية. لا يمكن دائمًا اكتشاف ذلك في أطياف الاهتزاز. التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء هو طريقة الكشف الأساسية. غير متصل بالإنترنت: اختبار النواة الكهرومغناطيسية (اختبار EL-CID).

3.5. قصر الدائرة بين اللفات

يؤدي قصر الدائرة بين اللفات إلى إنشاء حلقة تيار دائرية موضعية، مما يقلل من عدد اللفات الفعالة في الملف المتأثر. ينتج عنه زيادة 2×LF, ارتفاع التوافقي الثالث للتردد المنخفض في التيار، وعدم تناظر طور التيار. يُفضل الكشف عنه عبر اختبار ارتفاع التيار باستخدام محلل متعدد القنوات (MCA) خارج الإنترنت.

2×LF1X / 2Xأشرطة جانبية يؤكد اختبار إيقاف التشغيل الأصل الكهرومغناطيسي: إذا انخفض 2×LF بشكل حاد عند فصل الطاقة (بشكل أسرع بكثير من التوقف التدريجي)، فإن المصدر كهرومغناطيسي.

4. عيوب الدوار

تمثل عيوب الدوار ما يقارب 5-10% من حالات فشل المحرك لكنها غالباً ما تكون الأكثر صعوبة في اكتشافها مبكراً.

4.1. قضبان دوارة مكسورة وحلقات طرفية متشققة

عندما ينكسر قضيب، فإن إعادة توزيع التيار تخلق عدم تناسق مغناطيسي محلي - وهو في الواقع "بقعة مغناطيسية ثقيلة" تدور بتردد الانزلاق بالنسبة لمجال الجزء الثابت.

توقيع الاهتزاز

• 1X ذروة مع نطاقات جانبية عند ± F_p. لانزلاق 50 هرتز / 2%: نطاقات جانبية عند 1X ± 2 هرتز
• الحالات الشديدة: نطاقات جانبية إضافية عند ± 2F_p, ، ± 3F_p
• 2×LF قد يظهر أيضًا F_p أشرطة جانبية

توقيع MCSA

مقياس شدة MCSA

هام: يتطلب اختبار MCSA حملاً ثابتاً بالقرب من ظروف التشغيل المقدرة. عند الحمل الجزئي، ينخفض سعة النطاق الجانبي.

شكل موجة الوقت

تُنتج قضبان الدوار المكسورة خاصية مميزة "نمط "الخفقان" — يتغير السعة عند تردد مرور القطب. غالباً ما يكون مرئياً قبل أن تصبح النطاقات الجانبية الطيفية بارزة.

1X±Fp أشرطة جانبيةأشرطة جانبية MCSA يُعد تحليل MCSA أفضل طريقة لتأكيد وجود قضبان دوارة مكسورة. يشير طيف الاهتزاز إلى العيب، بينما يوفر تحليل MCSA تقييمًا كميًا لشدة العيب.

4.2. انحراف الدوار (الثابت والديناميكي)

الانحراف الثابت

إزاحة محور العمود عن تجويف الجزء الثابت. ينتج عنه ارتفاع 2×LF. في التيار: توافقيات فتحة الدوار عند ف_{قوة الشرطة الملكية البريطانية} ± LF.

الانحراف الديناميكي

يدور مركز الدوار حول مركز تجويف الجزء الثابت. ينتج 1X مع نطاقين جانبيين منخفضي التردد وتردد مرور قضيب الدوار المرتفع. في التيار: النطاقات الجانبية عند LF ± f_تعفن.

من الناحية العملية، يتواجد كلا النوعين عادةً في وقت واحد - النمط عبارة عن تراكب.

4.3. قوس الدوار الحراري

قد تتسبب المحركات الكبيرة في حدوث تدرج حراري يؤدي إلى انحناء مؤقت. ينتج 1X يتغير مع الوقت بعد بدء التشغيل - عادةً ما يزداد لمدة تتراوح بين 15 و60 دقيقة، ثم يستقر. تتغير زاوية الطور مع تطور القوس. يمكن التمييز بينه وبين عدم التوازن الميكانيكي (الذي يكون مستقرًا) من خلال مراقبة السعة والطور لمدة تتراوح بين 30 و60 دقيقة بعد بدء التشغيل.

4.4. إزاحة المجال الكهرومغناطيسي (الانزياح المحوري)

إذا كان الدوار إزاحة محورية بالنسبة للجزء الثابت، يصبح توزيع المجال الكهرومغناطيسي غير متماثل محوريًا. ويتعرض الجزء الدوار لتذبذب القوة الكهرومغناطيسية المحورية عند 2×LF.

الأسباب

• وضع محور الدوار بشكل غير صحيح أثناء التجميع أو بعد استبدال المحمل
• يؤدي تآكل المحامل إلى زيادة الخلوص المحوري.
• قوة دفع العمود من الآلة المُدارة
• التمدد الحراري أثناء التشغيل

القوة الكهرومغناطيسية المحوريةإزاحة / بروزالجزء الثابت CLكشف يُعدّ التشويش المحوري 2×LF الذي يختفي فورًا عند إيقاف التشغيل هو العامل الرئيسي الذي يميزه عن الأسباب الميكانيكية.

5. العيوب الكهربائية المتعلقة بالمحامل

5.1. تيارات المحامل والتفريغ الكهربائي

يؤدي فرق الجهد بين العمود والهيكل إلى تدفق التيار عبر المحامل. المصادر: عدم التماثل المغناطيسي، جهد الوضع المشترك لمحرك التردد المتغير، الشحنة الساكنة. يؤدي التفريغ المتكرر إلى تكوين حفر مجهرية (التصنيع بالتفريغ الكهربائي) مما يؤدي إلى أخدود — أخاديد متباعدة بالتساوي على مسارات العجلات.

البصمة الطيفية

• ترددات عيوب المحامل (BPFO، BPFI، BSF) ذات قمم "نظيفة" وموحدة للغاية
• ارتفاع مستوى الضوضاء عالي التردد في طيف التسارع
• متقدم: صوت "لوح الغسيل" المميز

وقاية

• محامل معزولة (حلقات مطلية)
• فرش تأريض العمود (خاصة لتطبيقات محركات التردد المتغير)
• مرشحات الوضع المشترك على مخرج VFD
• قياس جهد العمود العادي - أقل من 0.5 فولت ذروة

6. تأثيرات محرك التردد المتغير (VFD)

6.1. تغيير التردد

تتغير جميع الترددات الكهربائية للمحرك تناسبياً مع تردد خرج محول التردد المتغير (VFD). إذا كان محول التردد المتغير يعمل بتردد 45 هرتز، فإن تردد 2×LF يصبح 90 هرتز. يجب أن تكون نطاقات الإنذار التكيف مع السرعة.

6.2. التوافقيات PWM

يظهر تردد التبديل (2-16 كيلوهرتز) والنطاقات الجانبية في الأطياف. يمكن أن يتسبب ذلك في ضوضاء مسموعة وتيارات حاملة.

6.3. الإثارة الالتوائية

تُحدث التوافقيات ذات الرتبة المنخفضة (الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشرة) نبضات عزم الدوران التي يمكن أن تثير الترددات الطبيعية الالتوائية.

6.4. إثارة الرنين

أثناء تغيير محرك التردد المتغير لسرعته، قد تمر ترددات الإثارة عبر الترددات الطبيعية للهيكل. لذا، ينبغي وضع خرائط السرعة الحرجة للمعدات التي تعمل بمحرك التردد المتغير.

7. ملخص التشخيص التفريقي

كهربائيميكانيكياًتحليل 2×LFعيوب الدوار يُعد اختبار انقطاع التيار الكهربائي الخطوة الأولى في عملية التشخيص. وبمجرد تأكيد المنشأ الكهربائي، يُساعد تحديد التردد السائد واتجاهه في تضييق نطاق التشخيص.

8. تقنيات الأجهزة والقياس

8.1. متطلبات قياس الاهتزاز

8.2. جهاز Balanset-1A لتشخيص أعطال المحركات

مقياس الاهتزاز المحمول ثنائي القنوات Balanset-1A (VibroMera) توفر إمكانيات أساسية لتشخيص اهتزازات المحركات:

بعد تشخيص عطل المحرك وتصحيحه، يمكن استخدام جهاز Balanset-1A لـ موازنة الدوار في الموقع — إكمال سير العمل الكامل من التشخيص إلى التصحيح دون إزالة المحرك.

8.3. أفضل ممارسات القياس

• ثلاثة اتجاهات — عمودي، وأفقي، ومحوري — على كل محمل. المحوري بالغ الأهمية لإزاحة المجال الكهرومغناطيسي
• تجهيز الأسطح — إزالة الطلاء والصدأ لضمان اقتران موثوق لمقياس التسارع
• ظروف الحالة المستقرة — السرعة الاسمية، الحمل، درجة الحرارة
• سجل ظروف التشغيل — السرعة، والحمل، والجهد، والتيار مع كل قياس
• التوقيت المتسق — نفس الشروط لمقارنات الاتجاهات
• اختبار إيقاف التشغيل عند الاشتباه في وجود اهتزاز كهربائي - يستغرق الأمر ثوانٍ، ويوفر تحديدًا موثوقًا للمصدر

9. المراجع المعيارية

• GOST R ISO 20816-1-2021 — الاهتزاز. قياس وتقييم اهتزاز الآلات. الجزء 1. إرشادات عامة.
• GOST R ISO 18436-2-2005 — مراقبة الحالة. مراقبة حالة الاهتزاز. الجزء 2. التدريب والشهادة.
• ISO 20816-1:2016 — الاهتزاز الميكانيكي. القياس والتقييم. الجزء الأول: إرشادات عامة.
• ISO 10816-3:2009 — تقييم اهتزازات الآلات. الجزء 3: الآلات الصناعية التي تزيد قدرتها عن 15 كيلوواط.
• IEC 60034-14:2018 — الآلات الكهربائية الدوارة. الجزء 14: الاهتزاز الميكانيكي.
• IEEE 43-2013 — الممارسات الموصى بها لاختبار مقاومة العزل.
• IEEE 1415-2006 — دليل لاختبارات صيانة آلات الحث.
• NEMA MG 1-2021 — المحركات والمولدات. حدود الاهتزاز والاختبار.
• ISO 1940-1:2003 — موازنة متطلبات الجودة للدوارات.

10. Conclusion

1. 2×LF هو المؤشر الكهرومغناطيسي الأساسي. تشير ذروة بارزة عند ضعف تردد التيار الكهربائي إلى وجود مصدر كهرومغناطيسي. ويؤكد اختبار انقطاع التيار الكهربائي هذا الأمر.
2. الاتجاه مهم. Radial 2×LF → فجوة هوائية / ملفات / مصدر طاقة. محوري 2×LF + 1X → إزاحة المجال الكهرومغناطيسي — أحد أكثر العيوب تدميراً.
3. تحكي الأشرطة الجانبية القصة. ± ⅓×LF → مشاكل في كابل التغذية. ± F_p → قضبان دوارة مكسورة. غالبًا ما يكون نمط النطاق الجانبي أكثر دلالة من الذروة الرئيسية.
4. الدقة الطيفية أمر بالغ الأهمية. بالنسبة للمحركات ثنائية الأقطاب بتردد 50 هرتز، يكون الفرق بين 2X و2×LF حوالي 2 هرتز فقط. الدقة ≤ 0.5 هرتز ضرورية.
5. دمج الطرق. الاهتزاز + تحليل مساحة المقطع العرضي المغناطيسي + تحليل مساحة المقطع العرضي المغناطيسي + التصوير الحراري. لا توجد طريقة واحدة تغطي جميع العيوب.
6. تحدث إلى فنيي الكهرباء. يمتلك فنيو إصلاح المحركات معرفة لا غنى عنها حول أنواع محددة من المحركات وتاريخها وظروف توريدها.

سير العمل الموصى به

خطوات التشخيصMCSAتَحَقّق اتبع هذا التسلسل بشكل منهجي. يستغرق اختبار انقطاع التيار الكهربائي (الخطوة 2) ثوانٍ معدودة، وهو يميز بشكل موثوق بين المصدر الكهربائي والمصدر الميكانيكي.

أجهزة قياس الاهتزاز المحمولة الحديثة ثنائية القنوات مثل Balanset-1A تمكين مهندسي الميدان من إجراء تحليل الاهتزاز الطيفي بالدقة والدقة الطورية المطلوبة لتحديد عيوب المحرك - بدءًا من اكتشاف الفجوات الهوائية غير المتساوية من خلال تحليل الطور المتقاطع وحتى موازنة الدوار في الموقع اللاحقة.