تحليل الاهتزاز الطيفي

عيوب المحركات الكهربائية: تحليل طيفي شامل

تستهلك المحركات الكهربائية ما يقارب 45% من إجمالي الكهرباء الصناعية على مستوى العالم. ووفقًا لدراسات معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI)، تتوزع حالات الفشل على النحو التالي: أعطال الجزء الثابت من نوع 23%, عيوب الدوارات (حوالي 10%), تدهور محمل 41% تقريبًا، و ~26% عوامل خارجية. تترك العديد من أنماط الفشل هذه بصمات مميزة في طيف الاهتزاز - قبل وقت طويل من حدوث انهيار كارثي.

تقدم هذه المقالة دليلاً شاملاً لتحديد عيوب المحركات الكهربائية من خلال تحليل الاهتزاز الطيفي والتقنيات التكميلية: MCSA و ESA و MCA.

قراءة لمدة 25 دقيقة ISO 20816 - IEC 60034 - IEEE 1415 Balanset-1A
~23%
أعطال الجزء الثابت
~10%
عيوب الدوار
~41%
تدهور المحامل
~26%
العوامل الخارجية

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 Hz في أمريكا الشمالية وأجزاء من أمريكا الجنوبية وآسيا. جميع القوى الكهرومغناطيسية في المحرك مستمدة من هذا التردد.

1.2. ضعف تردد الخط (2×LF)

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.

2 × ل.ف = 2 × وخط = 100 هرتز (أنظمة 50 هرتز) | 120 هرتز (أنظمة 60 هرتز)

1.3. السرعة المتزامنة والانزلاق

يدور المجال المغناطيسي للجزء الثابت بسرعة متزامنة:

Ns = 120 × fخط / P (RPM)

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

ق = (نs − ن) / نs

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

1.4. تردد مرور القطب (Fp)

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

Fp = 2 × س × وخط = 2 × fs  — بغض النظر عن عدد الأقطاب P

لمحرك يعمل بتردد 50 هرتز مع انزلاق 2%: Fp = 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

fRBPF = ص × وrot

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

1.6. جدول مرجعي لترددات المفاتيح

رمزاسمصيغةمثال (50 هرتز، قطبان، انزلاق 2%)
LFتردد الخطfخط50 هرتز
2×LFتردد الخط ضعف التردد2 × fخط100 هرتز
مزامنة fالتردد المتزامن2 × fخط / P50 هرتز (P=2) | 25 هرتز (P=4)
1Xالتردد الدوراني(1 − s) × fمزامنة49 هرتز (2940 دورة في الدقيقة)
F pتردد مرور القطب2 × s × fخط2 هرتز
f RBPFتردد مرور قضبان الدوارR × frot16 × 49 = 784 هرتز
ملاحظة هامة

في نظام بتردد 50 هرتز، 2×LF = 100 هرتز و 2X ≈ 98 هرتز (للمحرك ثنائي القطب). لا يفصل بين هاتين الذروتين سوى بفارق 2 هرتز. ويلزم أن تكون الدقة الطيفية ≤ 0.5 هرتز للفصل بينهما. استخدم مدد تسجيل من 4 إلى 8 ثوانٍ أو أكثريؤدي الخلط بين 2X و2×LF إلى تشخيص خاطئ جذريًا، إذ يُخلَط عيب ميكانيكي بآخر كهربائي. يقتصر هذا التقارب على المحركات ثنائية القطب. أما في المحركات رباعية الأقطاب، فإن 2X ≈ 49 هرتز، وهو بعيد بوضوح عن 2×LF = 100 هرتز.

المقطع العرضي للمحرك: المكونات الرئيسية والفجوة الهوائية
الجزء الثابت فتحات اللف فجوة هوائية (0.25 - 2 مم نموذجي) (المعيار الحرج) الدوار قضبان الدوار (الموضحة: 16) تحمل تيارًا مستحثًا عمود تجويف الجزء الثابت (لب رقائقي) الترددات الرئيسية ▸ الجزء الثابت → 2×LF ▸ فجوة هوائية → 2×LF ± 1X ▸ قضبان مكسورة → 1X ± Fp MCSA: LF ± Fp ▸ مرور قضبان الدوار → R × frot ▸ ميكانيكي → 1X، 2X، nX ▸ إزاحة محورية → 2×LF ± 1X (محوري) عند تردد 50 هرتز: 2×LF = 100 هرتز ± = نطاقات جانبية (تعديل) رسم تخطيطي - ليس وفقًا للمقياس. يعتمد عدد الفتحات/القضبان الفعلي على تصميم المحرك.

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.

طرق تشخيص المحركات الكهربائية
كهربائي محرك 1. تحليل الاهتزازات الأطياف وشكل الموجة الزمنية 1X، 2X، 2×LF، التوافقيات ✓ عيوب ميكانيكية وبعض العيوب الكهربائية ✗ لا يمكن اكتشاف جميع الأعطال الكهربائية 2. تحليل توقيع تيار المحرك (MCSA) توقيع تيار المحرك التحليل باستخدام مشبك التيار ✓ قضبان دوار مكسورة ولا مركزية ✓ أثناء التشغيل ومن دون تدخل في الآلة 3. تحليل البصمة الكهربائية (ESA) تحليل البصمة الكهربائية أطياف الجهد والتيار ✓ جودة التغذية وأعطال الجزء الثابت ✓ عبر الإنترنت، في MCC 4. تحليل دائرة المحرك (MCA) تحليل دائرة المحرك المعاوقة، المقاومة ✓ العزل وقِصَر اللفات بين المنعطفات ✗ وضع عدم الاتصال فقط (توقف المحرك) 5. التصوير الحراري مراقبة حرارة ملفات الجزء الثابت والمحامل

اهتزازMCSAESAMCAالتصوير 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. ويُجرى تحليل MCSA أثناء التشغيل ومن دون تدخل في الآلة.

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)

الـ غير متصل 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.

نهج عملي. للحصول على برنامج تشخيص شامل للمحرك، اجمع على الأقل ما يلي: (1) تحليل الطيف الاهتزازي، (2) MCSA مع مشبك التيار، و(3) محادثات منتظمة مع الكهربائيين وفنيي إصلاح المحركات - فخبرتهم العملية غالباً ما تكشف عن سياق بالغ الأهمية لا يمكن للأجهزة وحدها توفيره.

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. لا مركزية 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

  • تكون ذروة 2×LF هي السائدة عادةً في طيف السرعة الشعاعية
  • غالباً ما يصاحب ذلك زيادة طفيفة في 1X و 2X بسبب قوة الجذب المغناطيسي غير المتوازنة (UMP)
  • اللامركزية الساكنة: تسود 2×LF مع تضمين ضئيل
  • المكون الديناميكي: الأشرطة الجانبية عند 2×LF ± 1X قد يظهر
الطيف: بارز 2×LF مع زيادة طفيفة في 1X و 2X زيادة (في الاتجاه القطري)

تقييم الخطورة

سعة 2×LF (القيمة الفعالة لسرعة الاهتزاز)تقدير
< 1 مم/ثهذا أمر طبيعي بالنسبة لمعظم المحركات
1-3 مم/ثانيةراقبها وتحقق من القدم الرخوة وخلوص المحامل
3-6 مم/ثانيةتنبيه — تحقق من السبب وخطط للتصحيح
> 6 مم/ثخطر - يلزم اتخاذ إجراء فوري

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

اختبار التأكيد

اختبار إيقاف التشغيل (اختبار الفصل المفاجئ للطاقة): راقب الاهتزاز ثم افصل التغذية عن المحرك. إذا كانت ذروة 2×LF تنخفض بشدة — في غضون ثوانٍ، أسرع بكثير من التباطؤ الميكانيكي — المصدر كهرومغناطيسي.

مهم

لا تخلط بين لا مركزية الجزء الثابت وعدم المحاذاة. فقد يرفع كلاهما 2X. والفارق الأساسي أن 2×LF عند 100.00 هرتز تمامًا تردد كهربائي، بينما يتبع 2X سرعة الدوار ويتغير بتغيرها. تأكد من دقة طيفية ≤ 0.5 هرتز.

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

مرتفع 2×LF — وغالبًا ما يزداد بمرور الوقت (تتبّع الاتجاه)
  • اهتزاز شعاعي في الغالب
  • قد يكون 2×LF أقل استقرارًا - تقلبات طفيفة في السعة
  • الحالات الشديدة: التوافقيات عند 4×LF، 6×LF

عواقب

وهذا الأمر مدمّر لعزل اللفات، إذ يؤدي إلى تدهور متسارع، وأعطال أرضية غير متوقعة، وفشل كامل في الجزء الثابت يتطلب إعادة لفه.

3.3. كابل تغذية مرتخٍ — عدم توازن الأطوار

يؤدي ضعف التوصيل إلى عدم تناسق المقاومة. حتى عدم تناظر الجهد 1% يتسبب في عدم توازن في التيار بنسبة 6–10%. تخلق التيارات غير المتوازنة مكونًا للمجال المغناطيسي يدور للخلف.

البصمة الطيفية

مرتفع 2×LF — المؤشر الرئيسي لعدم تناظر الطور
  • تزداد سعة 2×LF بسبب قوة الجذب المغناطيسي غير المتوازنة
  • في بعض الحالات، نطاقات جانبية قريبة من ±⅓×LF (نحو 16.7 هرتز في أنظمة 50 هرتز) حول ذروة 2×LF
  • في طيف التيار (MCSA): تيار تسلسل سالب مرتفع

الفحوصات العملية

  • تحقق من جميع نهايات الكابلات، ووصلات قضبان التوزيع، ونقاط تلامس الموصلات
  • قِس مقاومة طور إلى طور — ينبغي ألا يتجاوز الفرق 1%
  • قم بقياس جهد التغذية على جميع الأطوار الثلاثة - يجب ألا يتجاوز عدم التماثل 1%
  • التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لصندوق توصيل الكابلات

3.4. صفائح العضو الثابت المقصورة

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. خارج الخدمة: اختبار القلب الكهرومغناطيسي (EL-CID).

3.5. قصر بين لفات الملف

يؤدي قصر الدائرة بين اللفات إلى إنشاء حلقة تيار دائرية موضعية، مما يقلل من عدد اللفات الفعالة في الملف المتأثر. وينتج عنه ارتفاع 2×LF، وارتفاع التوافقي الثالث لـLF في التيار، وعدم توازن تيارات الأطوار. ويُكشف عنه بأفضل صورة باختبار الاندفاع ضمن MCA خارج الخدمة.

عيوب الجزء الثابت - ملخص البصمات الطيفية
مفتاح الرموز ذروة 2×LF (100 هرتز) — كهربائية قمم 1X / 2X — ميكانيكية النطاقات الجانبية (التعديل) أ. لا مركزية الجزء الثابت / فجوة هوائية غير متساوية (§3.1) السعة 1X 2X 2×LF 49 هرتز 98 100 هرتز فجوة 2 هرتز! (يلزم دقة ≤0.5 هرتز) 2×LF مهيمن الاتجاه القطري يختفي عند إيقاف التشغيل ب. كابل طاقة غير محكم / عدم تناسق الطور (§3.3) السعة 83 هرتز 2×LF 117 هرتز -⅓LF +⅓LF نطاقات جانبية ±⅓×LF (16.7 هرتز) 83 هرتز 100 هرتز (2×LF) 117 هرتز 2×LF مرتفع عدم تناظر مقاومة الطور يُسبب مجالًا يدور للخلف تحقق من: • نهايات الكابلات • المقاومة بين الأطوار • التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

2×LF1×2×1النطاقات الجانبية 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 الدوار المكسورة وحلقات القصر المتشققة

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 ± Fp. عند انزلاق 2% في نظام 50 هرتز: نطاقات جانبية عند 1X ± 2 هرتز
  • الحالات الشديدة: نطاقات جانبية إضافية عند ± 2Fp، ± 3Fp
  • 2×LF قد يظهر أيضًا Fp أشرطة جانبية

توقيع MCSA

الطيف الحالي: LF ± Fp   (50 ± 2 هرتز = 48 هرتز و 52 هرتز)

مقياس شدة MCSA

مستوى النطاق الجانبي مقابل ذروة التردد المنخفضتقدير
< −54 ديسيبلدوار سليم بشكل عام
من -54 إلى -48 ديسيبلقد يشير ذلك إلى وجود 1-2 قضيب متصدع - راقب الاتجاه
من -48 إلى -40 ديسيبلمن المحتمل وجود عدة قضبان مكسورة - خطة التفتيش
> -40 ديسيبلأضرار جسيمة - خطر حدوث أعطال ثانوية

مهم: يتطلب MCSA حملاً ثابتًا قريبًا من الحمل المقنن. وعند الحمل الجزئي، تنخفض سعة النطاق الجانبي.

الشكل الموجي الزمني

تُنتج قضبان الدوار المكسورة نمطًا مميزًا من «الخفقان» — إذ تتذبذب السعة عند تردد مرور القطب. وغالبًا ما يكون هذا النمط ظاهرًا قبل بروز النطاقات الجانبية في الطيف.

قضبان الدوار المكسورة - أنماط الطيف الاهتزازي والتياري
طيف الاهتزاز (السرعة، الاتجاه القطري) السعة -2Fp 1X-Fp 1X 1X+ف باء +2Fp ± Fp (تردد مرور القطب) نمط الاهتزاز • 1X = الموجة الحاملة (التردد الدوراني) • نطاقات جانبية ±Fp = عدم تناظر الدوار • مزيد من النطاقات الجانبية = قضبان أكثر تضررًا • "الخفقان" في شكل الموجة الزمنية مثال: 50 هرتز، قطبان، انزلاق 2% 1X = 49 هرتز، Fp = 2 هرتز النطاقات الجانبية: 47 هرتز و 51 هرتز الطيف الحالي (MCSA) (تيار تغذية المحرك عبر المشبك) السعة (ديسيبل) 48 هرتزل ف - ف ب 50 هرتزLF 52 هرتزل ف + ف ف ب نطاقات جانبية ± Fp = ± 2 هرتز مقياس شدة MCSA (سعة النطاق الجانبي مقابل ذروة التردد المنخفض) < −54 ديسيبل — دوار سليم من −54 إلى −48 ديسيبل — اشتباه في قضيب أو قضيبين من −48 إلى −40 ديسيبل — يُرجَّح وجود عدة قضبان مكسورة > -40 ديسيبل — شديد (خطة إصلاح) قاعدة عامة عند الحمل المقنن

1Xنطاقات جانبية ±Fpالنطاقات الجانبية في MCSA يُؤكَّد وجود قضبان الدوار المكسورة على أفضل وجه بتحليل MCSA. ويشير طيف الاهتزاز إلى العيب، بينما يوفّر MCSA تقييمًا كميًا لشدته.

4.2. لا مركزية الدوار (ساكنة وديناميكية)

الانحراف الثابت

انزياح خط مركز العمود عن مركز تجويف العضو الثابت، ويؤدي إلى ارتفاع 2×LF. في التيار: توافقيات فتحة الدوار عند fRBPF ± LF.

الانحراف الديناميكي

يدور مركز الدوار حول مركز تجويف الجزء الثابت. ينتج 1X مع نطاقات جانبية عند 2×LF وتردد مرور قضيب الدوار المرتفع. في التيار: النطاقات الجانبية عند LF ± frot.

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

4.3. الانحناء الحراري للدوار

قد تتسبب المحركات الكبيرة في حدوث تدرج حراري يؤدي إلى انحناء مؤقت. ينتج 1X يتغير مع الوقت بعد بدء التشغيل — يزداد عادةً خلال 15–60 دقيقة ثم يستقر. ويتغير طور الاهتزاز مع تطور الانحناء. وللتمييز بينه وبين عدم الاتزان الميكانيكي المستقر، راقب سعة 1X وطورها لمدة 30–60 دقيقة بعد البدء.

4.4. إزاحة المجال الكهرومغناطيسي (الانزياح المحوري)

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

الأسباب

  • موضع الدوار المحوري غير الصحيح أثناء التجميع أو بعد استبدال المحمل
  • تآكل المحمل الذي يسمح بخلوص محوري مفرط
  • قوة دفع العمود من الآلة المُدارة
  • التمدد الحراري أثناء التشغيل
2×LF محوري (مهيمن) مع ارتفاع 1X — ويظهر غالبًا في الاتجاه المحوري
عيب حرج

يمكن أن يكون هذا العيب مدمّرًا للغاية للمحامل. وتولّد القوة المحورية المتذبذبة عند 2×LF حملاً دوريًا من الإجهاد على أسطح الدفع. قم دائمًا بتحديد موضع المركز المغناطيسي وتحقق منه أثناء استبدال المحامل. هذا أحد أكثر عيوب المحركات ضرراً - ولكنه في الوقت نفسه من أكثرها قابلية للوقاية.

إزاحة المجال الكهرومغناطيسي — الانزياح المحوري للدوار
الوضع الطبيعي: الدوار في المنتصف حزمة صفائح الجزء الثابت الدوار CL الجزء الثابت = CL الجزء الدوار متطابقان متطابقان ✓ قوى كهرومغناطيسية محورية متوازنة الحد الأدنى من الاهتزاز المحوري المركز المغناطيسي = محصلة القوة المحورية ≈ 0 عيب: انزياح محوري للدوار حزمة صفائح الجزء الثابت الدوار محور الجزء الثابت محور الدوار Δx (انزياح محوري) يمتد الدوار ما وراء الجزء الثابت قوة محورية F عند 2×LF ✗ ارتفاع 2×LF و1X في الاتجاه المحوري يمكن أن يؤدي ذلك إلى تسريع تآكل محامل الدفع تعتمد الشدة على مقدار الانزياح كيفية الكشف والتأكيد: ✓ حدد المركز المغناطيسي أثناء التجميع ✓ تحقق من الوضع بعد استبدال المحمل ✓ قياس الاهتزاز المحوري عند 2×LF ✓ اختبار فصل الطاقة: تختفي 2×LF فورًا ✓ قارن بين التباطؤ: الكهربائي مقابل الميكانيكي ✓ تحقق من درجة حرارة محمل الدفع. استبعاد (أعراض مشابهة): • عدم محاذاة الزاوية للوصلة (محوري 1X و2X) • الرنين الهيكلي المحوري • قاعدة لينة / ارتخاء (مكون محوري) • الحمل المحوري الناتج عن التدفق (المضخات، المراوح) • عدم توازن جهد التغذية • اللامركزية الشعاعية (→ 2×LF شعاعي) رسم تخطيطي للمنظر الجانبي المحوري - ليس وفقًا للمقياس.

القوة الكهرومغناطيسية المحوريةإزاحة / بروزمحور الجزء الثابتكشف تُعدّ 2×LF المحورية التي تختفي فورًا عند فصل التغذية العلامة الفارقة الرئيسية 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 التخديد — أخاديد متساوية التباعد على مسارات الحلقات.

البصمة الطيفية

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

وقاية

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

6. تأثيرات مغير التردد (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 متكيفة مع السرعة.

6.2. التوافقيات PWM

تظهر في الأطياف ترددات التبديل (2–16 كيلوهرتز) ونطاقاتها الجانبية. وقد تسبب ضوضاء مسموعة وتيارات في المحامل.

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 مسح مغير التردد لنطاق السرعات، قد تمر ترددات الإثارة عبر الترددات الطبيعية للهيكل. وينبغي إعداد خرائط السرعات الحرجة للمعدات التي تعمل بمغير تردد.

7. ملخص التشخيص التفريقي

عيبالتردد الرئيسياتجاهالنطاقات الجانبية / ملاحظاتتأكيد
لامركزية الستاتور2×LFشعاعيزيادة طفيفة بمقدار 1X و2Xاختبار إيقاف التشغيل؛ فحص القدم الناعمة
اللفات المرتخية2×LFشعاعياتجاه تصاعدي؛ 4×LF، 6×LFالتتبع الزمني؛ اختبار الاندفاع لـMCA
كابل تغذية مرتخٍ2×LFشعاعينطاقات جانبية ±⅓×LFمقاومة الطور؛ التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء
قصر بين اللفات2×LFشعاعيعدم تناظر التيار؛ التوافقي الثالثاختبار الاندفاع لـMCA؛ MCSA
صفائح مقصورة2×LF طفيفة—حراري في المقام الأولالتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء؛ EL-CID
قضبان الدوار المكسورة1Xشعاعي± Fp نطاقات جانبية؛ نمط خفقانMCSA: LF ± Fp ؛ المستوى بالديسيبل
لا مركزية الدوار (ساكنة)2×LFشعاعيتوافقيات مجاري الدوار ± LFقياس الفجوة الهوائية؛ MCSA
لا مركزية الدوار (ديناميكية)1X + 2×LFشعاعيfRBPF أشرطة جانبيةتحليل المدارات؛ MCSA
انحناء حراري للدوار1X (يتغير تدريجيًا)شعاعيتغير السعة والطور مع درجة الحرارة.تتبع اتجاهات البدء لمدة 30–60 دقيقة
إزاحة المجال الكهرومغناطيسي2×LF + 1Xمحوري2×LF محورية قويةالوضع المحوري للدوار؛ اختبار انقطاع التيار الكهربائي
التفريغ الكهربائي في المحامل / التخديدBPFO / BPFIشعاعيقمم منتظمة؛ ضوضاء عالية الترددجهد العمود؛ الفحص البصري
مخطط انسيابي لتشخيص أعطال المحرك
ارتفاع اهتزاز المحرك اختبار فصل الطاقة المفاجئ؟ انخفاض فوري كهربائي تم تأكيد المصدر هل التردد سائد؟ 2×LF (شعاعي): • اللامركزية / الفجوة الهوائية • لفات مرتخية (مع تزايدها بمرور الوقت) • كابل تغذية مرتخٍ (نطاقات جانبية عند +⅓×LF) إزاحة المجال الكهرومغناطيسي تحقق من الوضع المحوري للدوار! قضبان الدوار المكسورة تأكد من ذلك مع MCSA انخفاض تدريجي ميكانيكي تم تأكيد المصدر يفتش: • عدم التوازن، عدم المحاذاة • عيوب المحامل، قدم رخوة اجمع دائمًا بين: تحليل الاهتزازات + MCSA + اختبار فصل التغذية + التتبع الزمني تذكير بالدقة: ≤ 0.5 هرتز لفصل 2X عن 2×LF

كهربائيميكانيكياًتحليل 2×LFعيوب الدوار اختبار الفصل المفاجئ للتغذية هو أول نقطة تفرّع في شجرة التشخيص. وبعد تأكيد المنشأ الكهربائي، يضيّق التردد السائد والاتجاه نطاق التشخيص.

8. تقنيات الأجهزة والقياس

8.1. متطلبات قياس الاهتزاز

المعلمةمتطلباتسبب
الدقة الطيفية≤ 0.5 هرتز (ويفضل 0.125 هرتز)افصل 2X عن 2×LF (بفارق 2 هرتز في المحرك ثنائي القطب)
نطاق التردد2–1000 هرتز (سرعة الاهتزاز)؛ حتى 10 كيلوهرتز (تسارع)نطاق منخفض لـ 1X و 2×LF؛ نطاق عالٍ للمحامل
القنواتقناتان متزامنتان على الأقلتحليل الطور المتقاطع
قياس الطور0–360°، ±2°أمر بالغ الأهمية لتمييز العيوب
شكل موجة الوقتالمتوسط المتزامناكتشاف نمط الخفقان الناتج عن القضبان المكسورة
دخل التيارمتوافق مع مشبك التيارلتشخيص MCSA

8.2. جهاز Balanset-1A لتشخيص أعطال المحركات

جهاز قياس اهتزاز محمول ثنائي القناة Balanset-1A (VibroMera) يوفر إمكانات أساسية لتشخيص اهتزازات المحركات:

قنوات الاهتزاز2 (متزامن)
نطاق السرعة250–90,000 دورة في الدقيقة
سرعة الاهتزاز RMS0–80 مم/ث
دقة الطور0–360°، ±2°
تحليل طيفي بتقنية تحويل فورييه السريعمدعوم
مستشعر الطوركهروضوئي، مُضمّن
مزود الطاقةمنفذ USB (7-20 فولت)
موازنةمستوى واحد أو مستويان في الموقع

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

8.3. أفضل ممارسات القياس

  • ثلاثة اتجاهات — رأسيًا وأفقيًا ومحوريًا — على كل محمل. والاتجاه 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 اهتزاز كهربائي — يستغرق 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. الخلاصة

المبادئ التشخيصية الرئيسية

تترك عيوب المحركات الكهربائية بصمات مميزة في طيف الاهتزاز والتيار - ولكن فقط إذا كنت تعرف أين تبحث ولديك الأدوات المناسبة مهيأة بشكل صحيح.

  1. 2×LF هو المؤشر الكهرومغناطيسي الأساسي. تشير ذروة بارزة عند ضعف تردد التغذية تمامًا إلى مصدر كهرومغناطيسي. ويؤكد ذلك اختبار فصل التغذية.
  2. الاتجاه مهم. 2×LF شعاعي → الفجوة الهوائية / اللفات / التغذية الكهربائية. محوري 2×LF + 1X → إزاحة المجال الكهرومغناطيسي — أحد أكثر العيوب تدميرًا.
  3. تكشف النطاقات الجانبية القصة. ±⅓×LF → مشكلات كابل التغذية. ± Fp → قضبان الدوار المكسورة. وغالبًا ما يكون نمط النطاقات الجانبية 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. اجمع بين الطرق. تحليل الاهتزازات + MCSA + MCA + 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

1
قياس الاهتزاز
2
اختبار فصل التغذية
3
التحليل الطيفي
4
MCSA (في حالة الدوار)
5
التصحيح والموازنة
6
تم التحقق ✓
تشخيص أعطال المحرك - سير العمل الموصى به
1. قياس الاهتزاز 3 اتجاهات، جميع المحامل، دقة ≤0.5 هرتز 2. اختبار الفصل المفاجئ للتغذية المصدر الكهربائي مقابل المصدر الميكانيكي 3. التحليل الطيفي 2×LF، 1X، نطاقات جانبية، اتجاه 4. تحليل توقيع تيار المحرك (MCSA) عند الاشتباه في عيب بالدوار مشبك تيار، تحليل LF ± Fp 5. التصحيح والتوازن (Balanset-1A) 6. قياس التحقق ✓ يغطي Balanset-1A ما يلي: ▸ الخطوتان 1 و3 — أطياف الاهتزاز ▸ الخطوة 5 — الموازنة في الموقع ▸ الخطوة 6 — قياس التحقق

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.

تُمكّن أجهزة قياس الاهتزاز المحمولة الحديثة ثنائية القنوات، مثل Balanset-1A مهندسي الميدان من إجراء تحليل اهتزازي طيفي بالدقة ودقة الطور اللازمتين لتحديد عيوب المحرك — بدءًا من اكتشاف عدم تجانس الفجوة الهوائية بتحليل الطور المتقاطع، وصولاً إلى موازنة الدوار اللاحقة في الموقع.

المصادر: برامج التدريب على تشخيص الاهتزازات الميدانية؛ GOST R ISO 20816-1-2021؛ GOST R ISO 18436-2-2005؛ IEC 60034-14:2018؛ IEEE 1415-2006؛ ISO 1940-1:2003؛ الوثائق الفنية لشركة VibroMera (Balanset-1A)؛ دراسات موثوقية المحركات EPRI.