Спектрален вибрационен анализ

Дефекти на електрически двигатели: Цялостен спектрален анализ

Електродвигателите консумират приблизително 45% от цялата промишлена електроенергия по целия свят. Според проучвания на EPRI, неуспехите се разпределят както следва: ~23% повреди на статора, ~10% дефекти на ротора, ~41% износване на лагераи ~26% външни фактори. Много от тези режими на повреди оставят отчетливи отпечатъци във вибрационния спектър - много преди да настъпи катастрофална повреда.

Тази статия предоставя изчерпателно ръководство за идентифициране на дефекти на електрически двигатели чрез спектрален вибрационен анализ и допълнителни техники: MCSA, ESA и MCA.

25 минути четене ISO 20816 · IEC 60034 · IEEE 1415 Balanset-1A
~23%
Неизправности на статора
~10%
Дефекти на ротора
~41%
Деградация на лагерите
~26%
Външни фактори

1. Основи на електротехниката за вибрационен анализатор

Преди да се диагностицират дефекти на двигателя от вибрационните спектри, е важно да се разберат ключовите електрически честоти, които задвижват вибрациите на двигателя.

1.1. Честота на линията (LF)

Честота на променливотоковото захранване: 50 Hz в по-голямата част от Европа, Азия, Африка и Русия; 60 Hz в Северна Америка и части от Южна Америка и Азия. Всички електромагнитни сили в двигателя са производни на тази честота.

1.2. Двойна линейна честота (2×LF)

Сайтът честота на доминиращата електромагнитна сила в променливотокови двигатели. В система с честота 50 Hz, 2×LF = 100 Hz; в система с честота 60 Hz, 2×LF = 120 Hz. Силата на магнитното привличане между статора и ротора достига пик два пъти на електрически цикъл, което прави 2×LF основната честота на "електрически вибрации" на всеки променливотоков двигател.

2×LF = 2 × fлиния = 100 Hz (50 Hz системи) | 120 Hz (60 Hz системи)

1.3. Синхронна скорост и приплъзване

Магнитното поле на статора се върти със синхронна скорост:

Ns = 120 × fлиния / P (обороти в минута)

където P е броят на полюсите. Роторът на асинхронен двигател винаги се върти малко по-бавно. Тази разлика е подхлъзване:

s = (Ns − N) / Ns

Типично приплъзване при пълно натоварване за стандартни асинхронни двигатели: 1–5%. За двуполюсен двигател при 50 Hz: Ns = 3000 об/мин, действителна скорост ≈ 2940–2970 об/мин.

1.4. Честота на преминаване на полюса (Fp)

Скоростта, с която роторните полюси "се плъзгат покрай" статорните полюси. Резултатът е универсален — независимо от броя на полюсите:

Fp = 2 × s × fлиния = 2 × fs  — независимо от броя на полюсите P

За двигател, работещ на 50 Hz с хлъзгане 2%: Fp = 2 × 0,02 × 50 = 2 Hz. Тази честота се появява като характерни странични ленти в спектрите на счупени роторни пръти.

1.5. Честота на преминаване на роторния прът

fРБПФ = R × fгниене

Където R е броят на роторните пръти. Тази честота и нейните странични ленти стават значителни, когато роторните пръти са повредени.

1.6. Таблица с ключови честотни референтни данни

СимволИмеФормулаПример (50 Hz, 2-полюсен, 2% плъзгане)
ЛФЧестота на линиятаfлиния50 Hz
2×ЛФДвойна честота на линията2 × fлиния100 Hz
f синхронизацияСинхронна честота2 × fлиния / П50 Hz (P=2) | 25 Hz (P=4)
1XЧестота на въртене(1 − s) × fсинхронизиране49 Hz (2940 об/мин)
F pЧестота на преминаване на полюса2 × s × fлиния2 Hz
f RBPFЧестота на преминаване на роторния прът.R × fгниене16 × 49 = 784 Hz
Критична бележка

В система с честота 50 Hz, 2×LF = 100 Hz и 2X ≈ 98 Hz (за двуполюсен двигател). Тези два пика са само 2 Hz разстояние. Спектрална разделителна способност на ≤ 0,5 Hz е необходимо да ги разделите. Използвайте продължителност на записа от 4–8 секунди или повече. Погрешното идентифициране на 2X като 2×LF води до фундаментално погрешни диагнози — объркване на механичен дефект с електрически. Тази близост е специфична за 2-полюсни машини. За 4-полюсни: 2X ≈ 49 Hz — добре отделено от 2×LF = 100 Hz.

Напречно сечение на двигателя: ключови компоненти и въздушна междина
СТАТОР Навиване на слотове ВЪЗДУШНА ПРОЛУГА (типично 0,25 – 2 мм) (критичен параметър) РОТОР Роторни пръти (показани: 16) пренасят индуциран ток Вал Отвор на статора (ламинирано ядро) Ключови честоти ▸ Статор → 2×LF ▸ Въздушна междина → 2×LF ± 1X ▸ Счупени пръти → 1X ± Fp MCSA: LF ± Fp ▸ Пропуск за бар → R × frot ▸ Механични → 1X, 2X, nX ▸ Аксиално изместване → 2×LF ± 1X (ос.) При 50 Hz: 2×LF = 100 Hz ± = странични ленти (модулация) Схема — не е в мащаб. Действителният брой слотове/пръти зависи от конструкцията на двигателя.

СтаторРоторНамоткиВъздушна междинаМеханичниАксиален Всяко изкривяване на въздушната междина директно променя магнитното привличане и това незабавно променя модела на вибрациите. Символът ± означава странични ленти (модулация).

2. Преглед на диагностичните методи

Нито една единствена техника не може да открие всички дефекти на електродвигателите. Надеждната диагностична програма комбинира множество допълващи се методи:

Методи за диагностика на електрически двигатели
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ МОТОР 1. Анализ на вибрациите Спектри и времева форма на вълната 1X, 2X, 2×LF, хармоници ✓ Механични + някои електрически ✗ Не може да открие всички електрически повреди 2. MCSA Сигнатура на тока на двигателя Анализ — токови клещи ✓ Счупени роторни пръти, ексцентричност ✓ Онлайн, неинвазивно 3. ЕКА Анализ на електрическите сигнатури Спектри на напрежение + ток ✓ Качество на захранването, повреди на статора ✓ Онлайн, в MCC 4. МКА Анализ на моторните вериги Импеданс, съпротивление ✓ Изолация, къси връзки тип „завой до завой“ ✗ Само офлайн (двигателят е спрял) 5. Термография Следене на температурата на статора + температурата на лагерите

ВибрацииMCSAЕКАМКАТермография Нито един метод не дава пълно покритие. Силно се препоръчва комбиниран диагностичен подход.

2.1. Вибрационен спектрален анализ

Основният инструмент за диагностика на повечето въртящи се съоръжения. Акселерометрите на корпусите на лагерите улавят спектри, разкриващи механични дефекти (дисбаланс, несъосност, износване на лагерите) и някои електрически дефекти (неравномерна въздушна междина, хлабави намотки). Въпреки това..., Само анализът на вибрациите не може да открие всички електрически повреди на двигателя.

2.2. Анализ на сигнатурата на тока на двигателя (MCSA)

Токови клещи на една фаза улавят токовия спектър. Счупените роторни пръти създават странични ленти при LF ± Fp. MCSA се извършва онлайн и е напълно неинвазивна.

2.3. Анализ на електрическите сигнатури (ESA)

Анализира едновременно спектрите на напрежението и тока в MCC. Открива асиметрия на захранващото напрежение, хармонични изкривявания и проблеми с качеството на захранването.

2.4. Анализ на електрически вериги (MCA)

Един офлайн тест за измерване на междуфазно съпротивление, индуктивност, импеданс и изолационно съпротивление. От съществено значение по време на прекъсвания поради поддръжка.

2.5. Мониторинг на температурата

Температурата на намотките на статора и температурата на лагерите осигуряват ранно предупреждение за претоварване, проблеми с охлаждането и влошаване на изолацията.

Практически подход. За цялостна програма за диагностика на двигателя, комбинирайте най-малко: (1) вибрационен спектрален анализ, (2) MCSA с токови клещи и (3) редовни разговори с електротехници и персонал по ремонт на двигатели — техният практически опит често разкрива критичен контекст, който само с инструменти не може да се осигури.

3. Дефекти на статора

Дефектите на статора са отговорни за приблизително 23–37% на всички повреди на двигателя. Статорът е неподвижната част, съдържаща ламинираното желязно ядро и намотките. Дефектите причиняват вибрации предимно при 2×НЧ (100 Hz / 120 Hz) и неговите кратни.

3.1. Ексцентричност на статора — неравномерна въздушна междина

Въздушната междина между ротора и статора обикновено е 0,25–2 мм. Дори вариация на 10% създава измерим електромагнитен дисбаланс.

Причини

  • Меко стъпало - най-честата причина
  • Износени или повредени корпуси на лагери
  • Деформация на рамката поради неправилен транспорт или монтаж
  • Термично деформиране при работни условия
  • Лоши производствени толеранси

Спектрална сигнатура

  • Типично доминиращ 2×LF в спектъра на радиалната скорост
  • Често е съпроводено с леко увеличение на 1X и 2 пъти поради небалансирано магнитно привличане (UMP)
  • Статична ексцентричност: 2×LF доминира с малка модулация
  • Динамичен компонент: странични ленти при 2×LF ± 1X може да се появи
Спектър: изявен 2×ЛФ + незначително 1X и 2 пъти увеличение (радиална посока)

Оценка на тежестта

2×LF амплитуда (скоростно средноквадратично отчитане)Оценка
< 1 мм/сНормално за повечето двигатели
1–3 мм/сМонитор — проверете мекото краче, хлабината на лагера
3–6 мм/сПредупреждение — разследване и планиране на корекция
> 6 мм/сОпасност — необходими са незабавни действия

Забележка: Това са илюстративни насоки, а не официален стандарт. Винаги сравнявайте с базовата линия на машината.

Тест за потвърждение

Тест при изключване на захранването (тест с щракване): Докато наблюдавате вибрациите, изключете двигателя от захранването. Ако пикът 2×LF пада рязко — в рамките на секунди, много по-бързо от механичното ускорение по инерция — източникът е електромагнитен.

Важно

Не бъркайте ексцентричността на статора с несъосността. И двете могат да доведат до повишено 2X. Ключът: 2×LF при точно 100.00 Hz е електрически; 2X проследява скоростта на ротора и се измества, ако скоростта се промени. Осигурете спектрална резолюция ≤ 0.5 Hz.

3.2. Разхлабени статорни намотки

Статорните намотки са подложени на електромагнитни сили с честота 2×LF по време на всеки работен цикъл. С течение на годините механичното закрепване (епоксидна смола, лак, клинове) може да се влоши. Разхлабените намотки вибрират с честота 2×LF с нарастваща амплитуда, ускорявайки износването на изолацията чрез трене.

Спектрална сигнатура

Повишено 2×ЛФ — често с увеличение с течение на времето (тенденция)
  • Преобладаващо радиални вибрации
  • 2×LF може да е по-малко стабилен — леки амплитудни колебания
  • Тежки случаи: хармоници при 4×LF, 6×LF

Последици

Това е разрушително за изолацията на намотките — води до ускорена деградация, непредсказуеми заземяващи съединения и пълна повреда на статора, изискваща пренавиване.

3.3. Разхлабен захранващ кабел — фазова асиметрия

Лошият контакт създава асиметрия на съпротивлението. Дори Асиметрия на напрежението 1% причинява приблизително 6–10% токова асиметрия. Небалансираните токове създават въртящ се назад компонент на магнитното поле.

Спектрална сигнатура

Повишено 2×ЛФ — основен индикатор за фазова асиметрия
  • 2×LF амплитудата се увеличава поради небалансирано магнитно привличане
  • В някои случаи, странични ленти близо до ±⅓×LF (~16,7 Hz в 50 Hz системи) около пика 2×LF
  • В токовия спектър (MCSA): повишен ток с отрицателна последователност

Практически проверки

  • Проверете всички кабелни накрайници, връзките на шините, контактите на контактора
  • Измерете фазното съпротивление — в рамките на 1% едно от друго
  • Измерете захранващото напрежение и на трите фази — асиметрията не трябва да надвишава 1%
  • ИЧ термография на кутия за кабелни заключения

3.4. Късо съединени статорни пластини

Повредата на междуслойната изолация позволява циркулацията на вихрови токове, създавайки локализирани горещи точки. Не винаги се откриват във вибрационните спектри — Инфрачервената термография е основният метод за откриване. Офлайн: електромагнитен тест на ядрото (EL-CID тест).

3.5. Късо съединение между навивките

Късо съединение между намотки създава локализиран циркулиращ токов контур, намалявайки ефективните намотки в засегнатата намотка. Това води до увеличено 2×ЛФ, повишена трета хармонична честота на нискочестотния ток и асиметрия на фазовия ток. Най-добре се открива чрез MCA тест за пренапрежение офлайн.

Дефекти на статора — Обобщение на спектралните сигнатури
Легенда 2×НЧ пик (100 Hz) — електрически 1X / 2X пикове — механични Странични ленти (модулация) A. Ексцентрицитет на статора / Неравномерна въздушна междина (§3.1) Амплитуда 1X 2 пъти 2×ЛФ 49 Hz 98 100 Hz 2 Hz разлика! (необходима е честота ≤0,5 Hz.) 2×LF ДОМИНАНТ Радиална посока Изчезва при изключване на захранването Б. Разхлабен захранващ кабел / Фазова асиметрия (§3.3) Амплитуда 83 Hz 2×ЛФ 117 Hz −⅓LF +⅓НФ ± ⅓× LF странични ленти (16,7 Hz) 83 Hz 100 Hz (2×LF) 117 Hz 2×LF повишен Асиметрия на фазово съпротивление причинява обратно въртящо се поле Проверете: • Кабелни терминации • Фазово-фазов R • Инфрачервена термография

2×ЛФ1X / 2XСтранични ленти Тестът при изключване на захранването потвърждава електромагнитния произход: ако 2×LF спадне рязко при изключване на захранването (много по-бързо от движението по инерция), източникът е електромагнитен.

4. Дефекти на ротора

Дефектите на ротора представляват приблизително 5–10% на повреди в двигателя но често са най-трудни за ранно откриване.

4.1. Счупени роторни пръти и напукани крайни пръстени

Когато прът се счупи, преразпределението на тока създава локална магнитна асиметрия - ефективно "магнитно тежко петно", което се върти с честота на плъзгане спрямо полето на статора.

Вибрационен подпис

  • 1X връх с странични ленти при ± Fp. За плъзгане 50 Hz / 2%: странични ленти при 1X ± 2 Hz
  • Тежки случаи: допълнителни странични ленти при ± 2Fp, ± 3Fp
  • 2×ЛФ може също да показва Fp странични ленти

Подпис на MCSA

Текущ спектър: LF ± Fp   (50 ± 2 Hz = 48 Hz и 52 Hz)

Скала за тежест на MCSA

Ниво на страничната лента спрямо нискочестотен пикОценка
< −54 dBОбикновено здрав ротор
−54 до −48 dBМоже да показва 1–2 напукани лентички — следете тенденцията
−48 до −40 dBВероятни множество счупени пръти — план за проверка
> −40 dBСериозни повреди — риск от вторични повреди

Важно: MCSA изисква постоянно натоварване, близко до номиналните условия. При частично натоварване амплитудата на страничната лента намалява.

Времева вълнова форма

Счупените роторни пръти създават характерен "модел на "биене“ — амплитудната модулация е на честотата на преминаване на полюса. Често се вижда преди спектралните странични ленти да станат забележими.

Счупени роторни пръти — вибрационни и спектрални модели на тока
Вибрационен спектър (скорост, радиална посока) Амплитуда −2Fp 1X−Fp 1X 1X+Fp +2Fp ± Fp (честота на преминаване на полюса) Модел на вибрация • 1X = носеща честота (честота на въртене) • ±Fp странични ленти = асиметрия на ротора • Повече странични ленти = повече ленти • "Бит" във времевата вълнова форма Пример: 50 Hz, 2-полюсен, 2% плъзгане 1X = 49 Hz, Fp = 2 Hz Странични ленти: 47 Hz и 51 Hz Текущ спектър (MCSA) (ток на захранване на двигателя чрез клема) Амплитуда (dB) 48 HzLF − Fp 50 HzЛФ 52 HzLF + Fp ± Fp = ± 2 Hz странични ленти Скала за тежест на MCSA (амплитуда на страничната лента спрямо нискочестотния пик) < −54 dB — здрав ротор −54 до −48 dB — предполагаеми 1-2 такта −48 до −40 dB — вероятно многократно > −40 dB — тежко (план за ремонт) Емпирично правило при номинално натоварване

1X±Fp странични лентиСтранични ленти на MCSA Счупените роторни пръти се потвърждават най-добре чрез MCSA. Вибрационният спектър подсказва за дефекта; MCSA предоставя количествена оценка на тежестта.

4.2. Ексцентричност на ротора (статична и динамична)

Статична ексцентричност

Централната линия на вала е изместена спрямо отвора на статора. Създава повдигнато положение 2×ЛФ. В ток: хармоници на слота на ротора при fРБПФ ± НЧ.

Динамична ексцентричност

Центърът на ротора се върти около центъра на отвора на статора. Произвежда 1X с 2×LF странични ленти и повишена честота на преминаване на роторния прът. В ток: странични ленти при LF ± fгниене.

На практика и двата типа обикновено присъстват едновременно - моделът е суперпозиция.

4.3. Термична роторна дъга

Големите двигатели могат да развият температурен градиент, причиняващ временна деформация. 1X, което варира с времето след стартиране — обикновено се увеличава за 15–60 минути, след което се стабилизира. Фазовият ъгъл се променя с развитието на дъгата. Разграничете от механичен дисбаланс (който е стабилен), като наблюдавате 1X амплитуда и фаза в продължение на 30–60 минути след стартиране.

4.4. Изместване на електромагнитното поле (аксиално изместване)

Ако роторът е аксиално изместен спрямо статора, разпределението на електромагнитното поле става асиметрично аксиално. Роторът изпитва трептене аксиална електромагнитна сила при 2×LF.

Причини

  • Неправилно аксиално позициониране на ротора по време на монтажа или след смяна на лагера
  • Износване на лагерите, което води до прекомерен аксиален хлабина
  • Опорна сила на вала от задвижваната машина
  • Термично разширение по време на работа
Аксиален 2×LF (доминиращ) и повишен 1X — предимно в аксиална посока
Критичен дефект

Този дефект може да бъде силно разрушително за лагерите. Осцилиращата аксиална сила при 2×LF създава циклично натоварване от умора върху опорните повърхности. Винаги маркирайте позицията на магнитния център и я проверявайте по време на смяна на лагери. Това е един от най-вредните, но и най-предотвратимите дефекти на двигателя.

Изместване на електромагнитното поле — аксиално изместване на ротора
Нормално: Роторът е центриран СТАТОРЕН ЛАМИНИРАЩ СТЕК РОТОР CL на статора = CL на ротора равен равен ✓ Балансирани аксиални електромагнитни сили Минимални аксиални вибрации Магнитен център = нетна аксиална сила ≈ 0 Дефект: Роторът е изместен аксиално СТАТОРЕН ЛАМИНИРАЩ СТЕК РОТОР Статор CL Ротор CL Δx (аксиално изместване) Роторът се удължава отвъд статора F аксиално при 2×LF ✗ Повишена аксиална 2×LF и 1X Може да ускори износването на аксиалните лагери Тежестта зависи от величината на промяната Как да се открие и потвърди: ✓ Маркирайте магнитния център по време на сглобяването ✓ Проверете позицията след смяна на лагера ✓ Измерете аксиални вибрации при 2×LF ✓ Тест при изключване: 2×LF изчезва мигновено ✓ Сравнете движението по инерция: електрическо спрямо механично ✓ Проверете температурата на аксиалния лагер. Изключете (подобни симптоми): • Ъглово разместване на съединителя (аксиално 1X и 2X) • Аксиален структурен резонанс • Меко стъпало / хлабавост (аксиален компонент) • Аксиално натоварване, предизвикано от потока (помпи, вентилатори) • Дисбаланс на захранващото напрежение • Радиална ексцентричност (→ 2×LF радиална) Схематичен аксиален страничен изглед — не е в мащаб.

Аксиална електромагнитна силаИзместване / надвесСтатор CLОткриване Аксиалният 2×LF, който изчезва мигновено при изключване на захранването, е ключовата разлика от механичните причини.

5. Електрически дефекти, свързани с лагери

5.1. Лагерни токове и електроерозионна обработка

Напрежението между вала и корпуса причинява протичане на ток през лагерите. Източници: магнитна асиметрия, синфазно напрежение на честотния регулатор, статичен заряд. Повтарящите се разряди създават микроскопични вдлъбнатини (Електроерозионна обработка) водещо до флейтинг — равномерно разположени канали по релсите.

Спектрална сигнатура

  • Честоти на дефекти на лагери (BPFO, BPFI, BSF) с много равномерни, "чисти" пикове
  • Повишен високочестотен шумов под в спектъра на ускорение
  • Разширено: характерен звук на "дъска за пране"

Превенция

  • Изолирани лагери (покрити пръстени)
  • Четки за заземяване на вала (особено за приложения с честотна преобразувател)
  • Синфазни филтри на изхода на честотния регулатор
  • Редовно измерване на напрежението на вала — под пик от 0,5 V

6. Ефекти на честотно-регулаторните устройства (VFD)

6.1. Честотно изместване

Всички електрически честоти на двигателя се изместват пропорционално на изходната честота на честотния регулатор. Ако честотният регулатор работи на 45 Hz, 2×LF става 90 Hz. Алармените диапазони трябва да бъдат адаптивно към скоростта.

6.2. ШИМ хармоници

Честотата на превключване (2–16 kHz) и страничните ленти се появяват в спектрите. Може да причини звуков шум и лагерни токове.

6.3. Торсионно възбуждане

Хармониците от нисък порядък (5-ти, 7-ми, 11-ти, 13-ти) създават пулсации на въртящия момент, които могат да възбудят торсионни собствени честоти.

6.4. Резонансно възбуждане

Тъй като VFD преминава през диапазон на скоростта, честотите на възбуждане могат да преминат през структурните собствени честоти. За оборудване, задвижвано от VFD, трябва да се установят карти на критичната скорост.

7. Резюме на диференциалната диагностика

ДефектОсновна честота.ПосокаСтранични ленти / БележкиПотвърждение
Ексцентричност на статора2×ЛФРадиаленНезначително 1X, 2X увеличениеТест при изключване; мека проверка на крака
Разхлабени намотки2×ЛФРадиаленВъзходяща тенденция; 4×LF, 6×LFТенденции; MCA тест за пренапрежение
Разхлабен кабел2×ЛФРадиален± ⅓× нискочестотни странични лентиФазово съпротивление; ИЧ термография
Късо между завоите2×ЛФРадиаленАсиметрия на тока; 3-ти хармоникMCA тест за пренапрежение; MCSA
Къси ламинацииМинор 2×LF—Предимно термичниИЧ термография; EL-CID
Счупени роторни пръти1XРадиален± Fp странични ленти; биенеMCSA: LF ± Fp ниво на dB
Ексцентрицитет на ротора (статичен)2×ЛФРадиаленХармоници на слота на ротора ± LFИзмерване на въздушна междина; MCSA
Ексцентричност на ротора (динамична)1X + 2×LFРадиаленfРБПФ странични лентиОрбитален анализ; MCSA
Термична роторна дъга1X (дрейф)РадиаленПромяна на амперметра и фазата с температурата.30-60 мин. Тенденции в стартиращи компании
Изместване на електромагнитното поле2×LF + 1XАксиаленСилен аксиален 2×LFАксиално положение на ротора; тест при изключено захранване
Ерозионна електрическа обработка на лагери / флутингБПФО / БПФИРадиаленРавномерни пикове; висок високочестотен шумНапрежение на вала; визуална проверка
Блок-схема за диагностика на дефекти на двигателя
Повишена вибрация на двигателя Изключване тест за бързо действие? Незабавно пускане ЕЛЕКТРИЧЕСКИ източникът е потвърден Доминиращ честота? 2×LF (радиален): • Ексцентричност / въздушна междина • Разхлабени намотки (тенденция) • Разхлабен кабел (+⅓LF ленти) Изместване на електромагнитното поле Проверете аксиалното положение на ротора! Счупени роторни пръти Потвърдете с MCSA Постепенно разпадане МЕХАНИЧНИ източникът е потвърден Проучете: • Дисбаланс, несъосност • Дефекти в лагера, меко стъпало Винаги комбинирайте: Вибрация + MCSA + Тест при изключване + Тенденции Напомняне за резолюция: ≤ 0,5 Hz за отделяне на 2X от 2×LF

ЕлектрическиМеханични2×LF анализДефекти на ротора Тестът за бързо изключване на захранването е първата разклонение в диагностичното дърво. След като електрическият произход бъде потвърден, доминиращата честота и посока стесняват диагнозата.

8. Инструментални и измервателни техники

8.1. Изисквания за измерване на вибрации

ПараметърИзискванеПричина
Спектрална резолюция≤ 0,5 Hz (за предпочитане 0,125 Hz)Отделете 2X от 2×LF (2 Hz разстояние за 2-полюсен)
Честотен диапазон2–1000 Hz (честота); до 10 kHz (съответстващо)Нисък диапазон за 1X, 2×LF; висок за лагери
Канали≥ 2 едновременниКръстофазов анализ
Фазово измерване0–360°, ±2°Критично за диференциацията на дефектите
Времева вълнаСинхронно осредняванеОткриване на побой по счупени решетки
Текущ входСъвместим с токови клещиЗа MCSA диагностика

8.2. Balanset-1A за диагностика на двигатели

Преносимият двуканален виброметър Balanset-1A (VibroMera) предоставя основни възможности за диагностика на вибрациите на двигателите:

Вибрационни канали2 (едновременно)
Диапазон на скоростта250–90 000 об/мин
RMS скорост на вибрациите0–80 мм/с
Фазова точност0–360°, ±2°
FFT спектрален анализПоддържано
Фазов сензорФотоелектричен, включен
ЗахранванеUSB (7–20 V)
Балансиране1 или 2 самолета на място

След диагностициране и коригиране на дефекта на двигателя, Balanset-1A може да се използва за балансиране на ротора на място — завършване на пълния работен процес от диагностика до корекция без демонтиране на двигателя.

8.3. Най-добри практики за измерване

  • Три посоки — вертикално, хоризонтално и аксиално — на всеки лагер. Аксиалното положение е от решаващо значение за изместването на електромагнитното поле
  • Подготовка на повърхностите — премахване на боя и ръжда за надеждно свързване на акселерометъра
  • Стационарни условия — номинална скорост, натоварване, температура
  • Запис на работните условия — скорост, натоварване, напрежение, ток с всяко измерване
  • Последователно време — същите условия за сравнения на тенденции
  • Тест при изключване на захранването при съмнение за електрически вибрации — отнема секунди, осигурява надеждна идентификация на източника

9. Нормативни препратки

  • ГОСТ Р ИСО 20816-1-2021 — Вибрация. Измерване и оценка на вибрациите на машините. Част 1. Общи насоки.
  • ГОСТ Р ИСО 18436-2-2005 — Мониторинг на състоянието. Мониторинг на вибрационните условия. Част 2. Обучение и сертифициране.
  • ISO 20816-1:2016 — Механични вибрации. Измерване и оценка. Част 1: Общи насоки.
  • ISO 10816-3:2009 — Оценка на вибрациите на машините. Част 3: Индустриални машини >15 kW.
  • ИЕК 60034-14:2018 — Въртящи се електрически машини. Част 14: Механични вибрации.
  • IEEE 43-2013 — Препоръчителна практика за изпитване на изолационно съпротивление.
  • IEEE 1415-2006 — Ръководство за изпитване на поддръжката на индукционни машини.
  • NEMA MG 1-2021 — Двигатели и генератори. Граници на вибрации и изпитване.
  • ISO 1940-1:2003 — Изисквания за качество на балансиране на роторите.

10. Заключение

Ключови диагностични принципи

Дефектите на електродвигателите оставят характерни отпечатъци във вибрационните и токови спектри - но само ако знаете къде да търсите и имате правилно конфигурирани правилните инструменти.

  1. 2×LF е основният електромагнитен индикатор. Ярко изразен пик на точно два пъти по-висока от честотата на захранването силно подсказва наличието на електромагнитен източник. Тестът при изключено захранване предоставя потвърждение.
  2. Посоката е важна. Радиален 2×LF → въздушна междина / намотки / захранване. Аксиален 2×LF + 1X → изместване на електромагнитното поле — един от най-разрушителните дефекти.
  3. Страничните ленти разказват историята. ± ⅓×LF → проблеми със захранващия кабел. ± Fp → счупени роторни пръти. Моделът на страничната лента често е по-диагностичен от основния пик.
  4. Спектралната разделителна способност е от решаващо значение. За двуполюсни двигатели при 50 Hz, 2X и 2×LF са само на ~2 Hz разстояние едно от друго. Задължителна е резолюция ≤ 0,5 Hz.
  5. Комбинирайте методи. Вибрация + MCSA + MCA + Термография. Няма един-единствен метод, който да покрива всички дефекти.
  6. Говорете с електротехниците. Персоналът по ремонт на двигатели притежава незаменими знания за специфични двигатели, тяхната история и условия на доставка.

Препоръчителен работен процес

1
Измерване на вибрации
2
Тест при изключване
3
Спектрален анализ
4
MCSA (ако е ротор)
5
Правилно и балансирано
6
Проверка ✓
Диагностика на двигателя — Препоръчителен работен процес
1. Измерване на вибрации 3 посоки, всички пеленги, ≤0,5 Hz резолюция. 2. Тест за бързо изключване Електрически срещу механичен източник 3. Спектрален анализ 2×LF, 1X, странични ленти, посока 4. MCSA (ако има съмнение за ротор) Анализ на токови клещи, LF ± Fp 5. Коригиране и балансиране (Balanset-1A) 6. Проверка на измерването ✓ Балансет-1А обхваща: ▸ Стъпки 1, 3 — вибрационни спектри ▸ Стъпка 5 — балансиране на полето ▸ Стъпка 6 — проверка

Диагностични стъпкиMCSAПроверка Следвайте тази последователност систематично. Тестът за изключване на захранването (стъпка 2) отнема секунди и надеждно разграничава електрическия от механичния източник.

Съвременните преносими двуканални виброметри, като например Balanset-1A позволяват на полевите инженери да извършват спектрален вибрационен анализ с резолюцията и фазовата точност, необходими за идентифициране на дефекти на двигателя — от откриване на неравномерни въздушни междини през крос-фазов анализ до последващо балансиране на ротора на място.

Източници: програми за обучение по вибрационна диагностика на терен; GOST R ISO 20816-1-2021; GOST R ISO 18436-2-2005; IEC 60034-14:2018; IEEE 1415-2006; ISO 1940-1:2003; техническа документация на VibroMera (Balanset-1A); изследвания на надеждността на двигателите по EPRI.