Разбиране на дефектите на електрическите двигатели
Дефекти на двигателя това са повредите и начините на отказ, които възникват в електродвигателите — като обхващат чисто механични проблеми (повреди на лагерите, контакт между ротора и статора, проблеми с вала), електромагнитни проблеми (счупени роторни пръти, повреди в намотката на статора, нередности във въздушната междина) и комбинирани електромеханични проблеми, при които едното води до другото. Всяка група дефекти оставя характерна следа върху машината вибрация и електрическите им характеристики, така че да могат да бъдат открити чрез анализ на вибрациите, анализ на характеристиките на тока на двигателя (MCSA) и термовизионно изображение, дълго преди двигателят действително да излезе от строя.
Електродвигателите са сред най-разпространените машини във всяко промишлено предприятие, а повредите им са причина за голяма част от непланираните престои и разходите за поддръжка. Познаването на характерните за конкретния двигател видове повреди — и честотата, с която те възникват — позволява на екипа по надеждност да премине от реактивна подмяна към планирана намеса, като по този начин предотвратява катастрофални повреди и извлича максимална надеждност от всеки двигател.
1. Трите групи двигателни увреждания
Полезно е да се разделят проблемите с двигателите на три групи: дефекти, характерни за всички въртящи се машини, дефекти, специфични за електромагнитните системи, и комбинирани дефекти, които съчетават двете области.
Механични дефекти (характерни за всички въртящи се машини)
- Дисбаланс: асиметрия в масата на ротора, което води до доминиращо 1× скорост на движение вибрация.
- Появи на повреди в лагерите: най-често срещаният дефект в двигателя, който е причина за около половината от всички повреди.
- Несъосност: грешка при съединяването между двигателя и натоварването, обикновено със силен 2× компонент.
- Механична хлабина: разхлабени опорни крачета, крайни капаци или части от ротора, което често води до появата на поредица от хармоници.
- Проблеми на вала: а огънат вал или пукнат ротор което изкривява въртящия се възел.
Електромагнитни дефекти (специфични за двигателя)
Това са неизправностите, които никога не се проявяват в редуктора или помпата — те се крият в роторната клетка, намотката на статора и магнитната междина между тях.
- Електрически неизправности на ротора: счупени роторни пръти (счупени проводни пръти в роторите с калиеви клетки, около 10–15 % от повредите), напукани крайни пръстени (счупвания в късосъединителните пръстени, свързващи прътите), порестост на ротора (празнини в отливката, които променят електрическите свойства) и съединения с високо съпротивление между прътите и крайните пръстени.
- Електрически дефекти на статора: пробив в изолацията на намотката, късосъединения между витките и между фазите (30–40 % от повредите), късосъединения към земя, при които изолацията се пробива до корпуса, както и повреди на намотката вследствие на термично разграждане, механично натоварване или замърсяване.
- Air-gap issues: an ексцентричен ротор което води до неравномерна междина в резултат на производствени дефекти или износване, rubbing контакт между ротора и статора вследствие на повреда на лагера или несъосност, както и магнитно привличане — небалансирана магнитна сила, дължаща се на асиметрията на междинното пространство.
Комбинирани електромеханични дефекти
- Топлинни проблеми: прегряване вследствие на претоварване, лоша вентилация или скрита електрическа неизправност.
- Проблеми с вентилацията: запушени или повредени вентилатори, които водят до прегряване на намотките.
- Междудомейнно свързване: електрически неизправности, които предизвикват механични вибрации, и механични неизправности, които нарушават магнитния контур — като едните усилват ефекта на другите.
2. Вибрационни характеристики на основните разломи
Силата на вибрационната диагностика при двигателите се състои в това, че електромагнитните неизправности се проявяват при предвидими честоти, свързани с линията, а не просто като кратни на скоростта на вала. мрежова честота, броят на стълбовете и честота на приплъзване заедно определят къде се разполагат диагностичните пикове.
Счупени роторни пръти
Един от най-важните дефекти, свързани с двигателя, и типичен пример за странична лента анализ:
- Честота: странични ленти, разположени от двете страни на работната скорост с отстояние ±(честота на преминаване на полюсите) — модел 1× ± FP модел, при който FP = брой полюси × честота на приплъзване, обикновено няколко херца при мотор 60 Hz.
- Амплитудна модулация: токът и въртящият момент пулсират с честотата на преминаване на полюсите (два пъти относителното приплъзване × честотата на мрежата).
- Зависимост от натоварването: страничните ленти стават по-изразени при натоварване, затова двигателят трябва да бъде натоварен по време на измерването.
- Прогресия: амплитудата на страничната лента нараства с разрушаването на все повече барове, което прави дефекта подходящ кандидат за актуални.
Проблеми със статора
- Честота: обикновено доминиращ пик при двойната честота на мрежата — 120 Hz при захранване 60 Hz, 100 Hz при захранване 50 Hz.
- Причина: асиметрия на магнитната сила, създадена от повреди в намотките. Сам по себе си пикът при 2× честотата на мрежата не е достатъчно доказателство — дисбалансът в захранването и ексцентрицитетът на въздушната междина също го предизвикват, затова потвърдете с проверки на фазовия ток.
- Допълнително: могат да се появят и хармоници на мрежовата честота.
- Електромагнитен шум: Вибрацията често се съпровожда от чуваемо бръмчене с честота, двойно по-висока от мрежовата.
Ексцентричен ротор (вариация на въздушната междина)
- Честоти: пикове при двойната честота на мрежата и при работната скорост, оградени от странични ленти, разположени на разстояние, равно на честота на преминаване през полюс.
- Модел: 2×FL ± FP and 1× ± FP, where FP (честота на преминаване на полюсите) = брой полюси × честота на приплъзване.
- Магнитен дисбаланс: неравномерната междина предизвиква радиални вибрации, дори когато роторът е механично добре балансиран.
- Комбиниран ефект: както механичен принос (самата ексцентричност), така и електромагнитен (променящата се магнитна релактивност около междинното пространство).
3. Методи за откриване
Няма нито една техника, която да открива всички двигателни неизправности. Най-ефективните програми комбинират взаимно допълващи се методи, така че неизправност, пропусната от един метод, да бъде открита от друг.
Анализ на вибрациите
- Стандартно бързо преобразуване на Фур'е: an FFT спектър отстранява както механичните дефекти, така и електромагнитните линейни честоти.
- Анализ на страничната лента: от решаващо значение за откриването на проблеми с роторните пръти и въздушната междина, които се крият в краищата на 1× пика.
- Честоти на лагерите: анализ на обвивката разкрива още в самото начало честоти на дефектите в лагерите скрити зад по-забележителни елементи.
- Тенденции: проследяването на амплитудите във времето разкрива повреда, която се развива бавно.
Анализ на сигнатурата на тока на двигателя (MCSA)
- Анализира честотния спектър на мрежовия ток на двигателя, а не неговите вибрации.
- Открива електрически неизправности, без на машината да са монтирани каквито и да било сензори за вибрации.
- Особено ефективен при повреди в роторните шини и статорните намотки.
- Може да се извърши онлайн, без да се прекъсва производството.
- Допълва, а не замества анализа на вибрациите.
Термографско изображение
- Инфрачервените камери откриват горещи точки по цялата конструкция на двигателя.
- Дефектите в намотката се проявяват като локално загряване.
- Запушванията във вентилационната система се проявяват като обширни зони с повишена температура.
- Проблемите с лагерите повишават температурата на корпуса на лагера.
- Състоянията на претоварване водят до общо повишаване на температурата.
Електрически тестове
- Съпротивление на изолацията: Измерването с мегоомметър показва влошаване на изолацията на намотката.
- Индекс на поляризация: коефициент, който показва общото състояние на изолацията.
- Hipot testing: проверява целостта на изолацията при повишено напрежение.
- Текущ баланс: измерването на тока във всяка фаза разкрива електрически дисбаланс между фазите.
4. Статистика за отказите и Balanset-1A в експлоатация
Знаейки относителната честота на всеки вид отказ, екипът може да насочи усилията си за мониторинг там, където това дава резултат:
- Откази на лагерите: около 50 % от повредите на двигателите.
- Неизправности в намотката на статора: около 30–35%.
- Rotor defects: около 10–15%.
- Външни фактори: останалите ~5% — замърсяване, околната среда и други подобни фактори.
Тъй като половината от тези повреди се дължат на лагерите, а много от повредите на лагерите се причиняват от прекомерни вибрации, контролирането на дисбаланса още в зародиш е една от най-рентабилните мерки, които екипът по поддръжката може да предприеме. Когато вибрациите по ос 1 на двигателя са високи, инженерът може да ги установи и коригира на място с помощта на преносим двуканален анализатор, като например Balanset-1A: измерва амплитуда и фаза на вибрациите при работна скорост, разграничава истински дисбаланс от електромагнитен пик на 2×-линията и — когато повредата е механична — извършва едно- или двуравнинно балансиране на място в самите лагери на двигателя, след което проверява остатъчен дисбаланс без да се разглобява устройството. Откриването на проблема по този начин предотвратява страничното натоварване, което иначе съкращава експлоатационния срок на лагерите.
5. Стратегии за превантивна поддръжка
Мониторинг на състоянието
- Тримесечни или месечни проверки за вибрации съгласно графика на маршрута.
- Непрекъснато наблюдение за най-важните двигатели.
- Провеждане на термовизионни проучвания веднъж годишно или два пъти годишно.
- Анализ на тока в двигателя – периодичен или непрекъснат.
- Проследяване на всеки параметър, за да се забелязват промените навреме като част от по-широка превантивна поддръжка programme.
Рутинна поддръжка
- Смазване: смазвайте лагерите според графика — обикновено на всеки 6–12 месеца.
- Почистване: почистете праха и отпадъците от охладителните канали.
- Затягане: Проверете монтажните болтове и свързванията на клемите.
- Инспекция: проверете за видими повреди, прегряване и замърсявания.
- Тестване: Периодично провеждайте тестове за изолационно съпротивление.
Балансиране и подравняване
- Поддържайте добро балансирано качество за да се поддържат ниски натоварванията на лагерите.
- Hold precise центровка на вала към задвижваното оборудване.
- Периодично проверявайте отново изравняването — веднъж годишно или след всяка поддръжка.
6. Анализ на основните причини
Когато даден двигател се повреди, установяването на основната причина е това, което предотвратява повторението на същата повреда. Свържете симптома с вероятните причини:
Появи на повреди в лагерите
- Проучете: адекватност на смазването, източници на замърсяване, изравняване, нива на вибрации.
- Чести причини: прекомерно смазване, неподходящ вид смазка, неправилно центриране, прекомерни вибрации.
Електрически повреди
- Проучете: Работни условия, качество на напрежението, работен цикъл, адекватност на охлаждането
- Чести причини: Претоварване, дисбаланс на напрежението, еднофазност, блокирано охлаждане
Механични повреди
- Проучете: Характеристики на натоварването, качество на монтажа, работна среда
- Чести причини: Ударни натоварвания, несъосност, лош монтаж, замърсена среда
7. Промишлени стандарти
Няколко стандарта определят експлоатационните характеристики на двигателите, изпитванията и допустимите нива на вибрации:
- NEMA MG-1: работни характеристики и изпитване на двигатели.
- IEC 60034: международни стандарти за автомобили, включително допустимите граници на вибрациите.
- IEEE 43: практика за изпитване на изолацията (източникът на индекса на поляризация).
- ISO 20816: критерии за степента на вибрации при електродвигатели — съвременният наследник на отдавна цитираната серия ISO 10816.
Дефектите в електродвигателите съставляват значителна част от всички повреди на промишленото оборудване. Разбирането на характерните признаци на механичните, електрическите и електромагнитните неизправности — както и съчетаването на анализ на вибрациите, анализ на тока и термовизионно изображение в една програма за мониторинг на състоянието — превръща поддръжката на двигателите от реагиране на възникнали проблеми в предвиждане, като по този начин се увеличава максимално надеждността и се намаляват до минимум непланираните прекъсвания в работата.
