Dijagnostika električnih grešaka u AC motorima analizom vibracija
Električne greške u AC asinkronim motorima postoje greške u magnetskom kolu — statoru, rotoru ili vazdušnom rasporu između njih — koje se izdaju kroz vibracije. Iako analizu vibracija se najčešće povezuje sa mehaničkim problemima kao što su neuravnoteženost i greške u ležajima, to je također moćan način za pronalaženje električne greške. Električne greške stvaraju pulsujuće magnetske sile koje čine da se stator i rotor vibriraju; te vibracije putuju kroz okvir motora i lako se hvataju sa akcelerometar. Vještinu čini prepoznavanje obrazaca vezanih uz frekvenciju napajanja i broj polova motora.
1. Uvod: Električne greške kao izvor vibracija
Ključ za dijagnozu električne greške je tražiti specifične vrhove na frekvencijama vezanim uz frekvenciju električne mreže — 50 Hz ili 60 Hz u zavisnosti od regije — i broj polova u motoru. Pošto su te sile magnetske, a ne čisto mehaničke, dva znaka ih odvajaju od običnih mehaničkih grešaka: njihove frekvencije se zaključavaju na napajanje umjesto na brzinu vratila, i mnoge od njih se mijenjaju sa opterećenjem motora. Klasičan test dijagnoze je opustiti opterećenje dok gledate spektar; vrh koji se sruši kada se opterećenje ukloni je gotovo sigurno električne prirode. Jasno razumijevanje električne frekvencije i motora klizanje je osnova za svaku dolje navedenu dijagnozu.
2. Greške statora
Problemi statora — labavo željezo, labavost namotaja ili kratki spoj lamela — mogu učiniti stator ekscentričnim ili deformisanim, stvarajući neravnomjerno magnetno polje oko provrta. Rezultat je obično magnetna sila koja pulsira sa dvostrukom mrežnom frekvencijom.
- Potpis vibracije: najčešći pokazatelj je povišen pik na 2× mrežne frekvencije (2×FL). Za motor od 60 Hz to je 120 Hz (7200 CPM); za motor od 50 Hz to je 100 Hz (6000 CPM). Imajte na umu da 2×FL pik nije jedinstven za kvarove statora — neravnoteža napona napajanja, ekscentricitet vazdušnog zazora i rezonanca kućišta takođe mogu da ga povećaju.
- Karakteristike: 2×FL pik je obično stabilniji i manje osjetljiv na opterećenje nego potpisi kvarova rotorskih šipki, ali nije zagarantovano da će biti konstantan — potvrdite dijagnozu provjerama fazne struje i poređenjem opterećenih i neopterećenih spektara. Vibracija je često najveća u pravcu montažnih nogu statora, gdje je kućište najkrući protiv pulsirajućeg vučnog djelovanja. Defekti statora se lako mogu zamijeniti sa mehaničkim labavost na 2× brzinu vrtnje, pa test opterećenja i precizan odgovjor frekvencije imaju značenje.
3. Greške rotora (Slomljene šipke rotora)
Pucane ili slomljene šipke rotora su česta greška u AC asinkronim motorima. Kada se šipka slomi, prekida tok struje u rotorskom kavezu, proizvodeći lokalizirano zagrijavanje i pulsujući moment koji modulira vibraciju brzine vrtnje.
- Potpis vibracije: klasičan znak slomljene rotorske šipke je frekvencije prolaska pola (FP) bočne trake koji obuhvata brzinu okretanja (1×) pik i njegove harmonici.
- Frekvencija prolaska pola (FP): brzina kojom se rotor pomjera preko rotacionog magnetnog polja, izračunata kao FP = broj polova × frekvencija klizanja, gdje je frekvencija klizanja razlika između sinkrone brzine polja i stvarne brzine vratila.
- Karakteristike: tražite 1× pik uokviren sa dva jasna bočna pojasa, jednim na (1× + FP) i jedna na (1× − FP). Kako oštećenje napreduje, bočni pojasi se pojavljuju i oko 2× i 3× harmonika. Za razliku od kvarova statora, ovaj potpis je izrazito osjetljiv na opterećenje — bočni pojasi rastu sa povećanjem opterećenja i mogu potpuno nestati bez opterećenja.
4. Ekscentričan vazdušni zazor
vazdušni zazor je mali razmak između rotora i statora. Ako nije ujednačen oko statorskog jezgra, rezultat je neubalansirani magnetno privlačenje koji forsira rotor da vibrira.
- Statička ekscentričnost: rotor se vrti centriran u svojim ležajima, ali je statorsko jezgro izvan okruglog oblika, tako da je najuža točka zazora fiksna u prostoru.
- Dinamička ekscentričnost: rotor je sam izvan okruglog oblika ili ekscentričan, tako da se najuža točka zazora vrti s rotorom — stanje usko povezano s ekscentričnosti rotora.
- Potpis vibracije: statički ekscentricitet obično podiže stabilan pik na 2×FL, jer se tačka najužeg zazora ne pomjera. Dinamički ekscentricitet modulira zazor dok se rotor okreće, stvarajući vibraciju na 1× brzini vrtnje i bočne pojaseve na frekvenciji prolaska polova — na 2×FL ± FP i oko harmonika brzine vrtnje. U praksi se ova dva često javljaju zajedno, dajući složen kombinovani obrazac.
5. Potvrda i najbolje prakse
Električni problemi su blizu komponenti brzine vrtnje u spektru, tako da je sustavno mjerenje bitno da bi se oni razlikovali.
- Spektar visoke rezolucije: dijagnostika električnih problema zahtijeva spektar visoke rezolucije FFT spektar s dovoljno linija da bi se odvojili harmoniki brzine vrtnje od harmonika frekvencije mreže i njihove usko rasporedjene bočne trake. A zoom FFT često je jedini način da se pobočne trake sa frekvencijom skliza čisto razriješe.
- Opterećenje je kritično: za probleme sa rotorom motor mora raditi pod značajnim opterećenjem — obično iznad 75% — kako bi se defekt pokazao. Promjena opterećenja dok se prate vrhovi je najpouzdaniji terenski diskriminator između električnih i mehaničkih izvora.
- Uhvatite na terenu: prijenosni dvokanalski analizator kao što je Balanset-1A bilježi spektar i sinhroniziranu brzinu vrtnje na motoru na mjestu, čineći jednostavnim označavanje vrha sa 2×FL vrh statora ili pobočne trake ovisne o opterećenju prije nego se preda na rastavljanje — i, gdje se pravi uzrok pokaže kao mehanički nebalanc, da balansirajte rotor pri istoj posjeti.
- Potvrdite sa ostalim tehnologijama: dijagnoze se mogu potvrdit sa analizom signala struje motora (MCSA) ili sa termografijom sa infracrvenim zracima, koja otkriva lokalizirano zagrijavanje uzrokovano slomljenim stupcima ili skraćenim laminacijama. Međuprovjera prema široj porodici od kvarovi motora izbjegava zbunjivanje elektične greške sa mehaničkom.
