Диагностика на електрически неизправности в променливотокови двигатели с помощта на анализ на вибрациите
Електрически неизправности в асинхронните двигатели с променлив ток са дефекти в магнитната верига - статора, ротора или въздушната междина между тях - които се проявяват чрез вибрации. Въпреки че анализ на вибрациите най-често се свързва с механични проблеми като дисбаланс и дефекти на лагерите, тя е и мощен начин за откриване на електрически проблеми. Електрическите неизправности генерират пулсиращи магнитни сили, които карат статора и ротора да вибрират; тези вибрации преминават през рамата на двигателя и лесно се улавят от акселерометър. Изкуството се състои в разпознаването на модели, свързани с честотата на захранването и броя на полюсите на двигателя.
1. Въведение: Електрически повреди като източник на вибрации
Ключът към диагностицирането на електрическите неизправности е да се търсят специфични пикове при честоти, свързани с честотата на електрическата мрежа - 50 Hz или 60 Hz в зависимост от региона - и с броя на полюсите в двигателя. Тъй като тези сили са магнитни, а не чисто механични, два признака ги отличават от обикновените механични неизправности: честотите им се фиксират към захранването, а не към скоростта на вала, и много от тях се променят с натоварването на двигателя. Класическият диагностичен тест се състои в това да се намали натоварването, докато се наблюдава спектърът; пик, който се срива при премахване на натоварването, почти сигурно има електрически произход. Ясното разбиране на електрическа честота и на двигателя подхлъзване е в основата на всяка диагноза по-долу.
2. Неизправности на статора
Проблеми в статора — разхлабено желязо, разхлабени намотки или късо съединени ламели — могат да направят статора ексцентричен или деформиран, като създават неравномерно магнитно поле около отвора. Резултатът обикновено е магнитна сила, която пулсира при два пъти честотата на мрежата.
- Вибрационен подпис: най-честият индикатор е повишен пик при 2× честотата на линията (2×FL). За двигател на 60 Hz това са 120 Hz (7200 CPM); за двигател на 50 Hz това са 100 Hz (6000 CPM). Имайте предвид, че пик при 2×FL пикът не е уникален за повреди в статора — небаланс на захранващото напрежение, ексцентрицитет на въздушната междина и резонанс на рамата също могат да го повишат.
- Характеристики: 2×FL пикът обикновено е по-стабилен и по-слабо чувствителен към натоварването от признаците за дефектни роторни пръти, но не е гарантирано постоянен — потвърдете диагнозата с проверки на фазовия ток и чрез сравнение на спектрите при натоварен и ненатоварен режим. Вибрациите често са най-високи в посоката на монтажните лапи на статора, където рамата е най-твърда срещу пулсиращото привличане. Дефекти на статора лесно се бъркат с механични разхлабеност при 2 пъти по-висока скорост на движение, така че тестът за натоварване и точното отчитане на честотата са от значение.
3. Повреди на ротора (счупени роторни пръти)
Напуканите или счупени роторни шини са често срещана повреда при асинхронните двигатели. Когато една шина се счупи, тя нарушава потока на тока в роторната клетка, като предизвиква локално нагряване и пулсиращ въртящ момент, който модулира вибрациите на скоростта на движение.
- Вибрационен подпис: класическият знак за счупени роторни пръти е честота на пропускане на полюса (FP) странични ленти разположен на границата на скорост на движение (1×) и неговия връх хармоници.
- Честота на пропускане на полюса (FP): скоростта, с която роторът се приплъзва покрай въртящото се магнитно поле, изчислена по следния начин FP = брой полюси × честота на приплъзване, където честотата на приплъзване е разликата между синхронната скорост на полето и действителната скорост на вала.
- Характеристики: търсете пик от 1×, обграден от две ясни странични ленти, едната с (1× + FP) и един при (1× - FP). С влошаването на повредата се появяват и странични ленти около хармоници 2× и 3×. За разлика от повредите на статора, тази характеристика е силно чувствителна към натоварването - страничните ленти нарастват с увеличаване на натоварването и могат да изчезнат напълно при липса на натоварване.
4. Ексцентрична въздушна междина
Сайтът въздушна междина е малката хлабина между ротора и статора. Ако тя не е равномерна около отвора, резултатът е небалансиран магнитно привличане което принуждава ротора да вибрира.
- Статичен ексцентрицитет: роторът се върти центрирано в своите лагери, но сърцевината на статора е некръгла, така че най-тясната точка на разстоянието е фиксирана в пространството.
- Динамичен ексцентрицитет: самият ротор не е кръгъл или е изместен от центъра, така че най-тясната точка на празнината се върти заедно с ротора - състояние, тясно свързано с екцентричност на ротора.
- Вибрационен подпис: статичният ексцентрицитет обикновено повишава устойчив пик при 2×FL, защото точката на малкия въздушен просвет не се премества. Динамичната ексцентрицитетност модулира просвета при въртене на ротора, създавайки вибрация при 1× работна скорост и странични ленти на честотата на преминаване на полюсите — при 2×FL ± FP и около хармониците на работната скорост. На практика двата често съществуват едновременно, давайки сложна комбинирана картина.
5. Потвърждение и най-добри практики
Електрическите неизправности се намират близо до компонентите на скоростта на движение в спектъра, така че дисциплинираното измерване е от съществено значение за разграничаването им.
- Спектър с висока разделителна способност: диагностицирането на електрически неизправности изисква висока разделителна способност FFT спектър с достатъчно линии, за да се отделят хармоните на скоростта на движение от хармоните на линейната честота и техните близко разположени странични ленти. A мащабиране на FFT често е единственият начин за чисто разрешаване на страничните ленти на плъзгащите се честоти.
- Натоварването е от решаващо значение: при проблеми с роторната греда двигателят трябва да работи под значително натоварване - обикновено над 75% - за да се прояви дефектът. Промяната на натоварването, докато се наблюдават пиковете, е най-надеждният метод за разграничаване на електрическите от механичните източници.
- Уловете го на място: преносим двуканален анализатор, като например Balanset-1A записва спектъра и синхронизираната скорост на движение на двигателя на място, което улеснява маркирането на 2×FL пиковите ленти на статора или страничните ленти на полюсите, зависещи от натоварването, преди да се пристъпи към разглобяване - а когато истинският виновник се окаже механичен дисбаланс, да се да се балансира роторът по време на същото посещение.
- Потвърждаване с други технологии: диагнозите могат да бъдат потвърдени с анализ на сигнатурата на двигателя (MCSA) или с инфрачервена термография, която разкрива локалното нагряване, причинено от счупени пръти или къси ламинации. Кръстосана проверка с по-широкото семейство дефекти на двигателя избягва объркването на електрическа повреда с механична.
