Diagnosticering af elektriske fejl i vekselstrømsmotorer ved hjælp af vibrationsanalyse
Elektriske fejl I vekselstrømsinduktionsmotorer er der tale om fejl i magnetkredsløbet — statoren, rotoren eller luftspalten mellem dem — som afslører sig selv gennem vibrationer. Selvom Vibrationsanalyse er oftest forbundet med mekaniske problemer såsom ubalance og lejefejl, er det også en effektiv metode til at finde elektriske fejl. Elektriske fejl genererer pulserende magnetiske kræfter, der får statoren og rotoren til at vibrere; disse vibrationer breder sig gennem motorrammen og opfanges let af en accelerometer. Kunsten ligger i at genkende mønstre, der hænger sammen med forsyningsfrekvensen og motorens polantal.
1. Introduktion: Elektriske fejl som vibrationskilde
Nøglen til at diagnosticere elektriske fejl er at kigge efter specifikke spidser ved frekvenser, der hænger sammen med netfrekvensen – 50 Hz eller 60 Hz afhængigt af regionen – og med antallet af poler i motoren. Da disse kræfter er magnetiske snarere end rent mekaniske, adskiller to kendetegn dem fra almindelige mekaniske fejl: deres frekvenser følger netfrekvensen i stedet for akselhastigheden, og mange af dem ændrer sig med motorbelastningen. Den klassiske diagnostiske test er at fjerne belastningen, mens man observerer spektret; en spids, der falder sammen, når belastningen fjernes, er næsten helt sikkert af elektrisk oprindelse. En klar forståelse af frekvens and of motor glide ligger til grund for alle nedenstående diagnoser.
2. Statorfejl
Problemer med statoren – løse jernplader, løse spoler eller kortsluttede lameller – kan medføre, at statoren bliver skæv eller deformeret, hvilket skaber et ujævnt magnetfelt omkring boringen. Dette resulterer i en magnetisk kraft, der pulserer med dobbelt så høj frekvens som netfrekvensen.
- Vibrationsmønster: Den primære indikator er en spids med stor amplitude ved 2 gange netfrekvensen (2×FL)For en 60 Hz motor er dette 120 Hz (7200 CPM). For en 50 Hz motor er dette 100 Hz (6000 CPM).
- Karakteristika: the 2×FL Spidsvibrationen har typisk en meget stabil amplitude og er stort set ufølsom over for belastning. Vibrationen er ofte stærkest i retning af statorens monteringsfødder, hvor rammen er mest stiv i forhold til den pulserende trækbelastning. Statorfejl kan let forveksles med mekaniske løshed ved 2× løbehastighed, så belastningstesten og en præcis frekvensmåling er afgørende.
3. Rotorfejl (brudte rotorstænger)
Revnede eller brudte rotorstråler er en hyppig fejl i vekselstrømsinduktionsmotorer. Når en stråle brækker, afbrydes strømmen i rotorburet, hvilket medfører lokal opvarmning og et pulserende drejningsmoment, der påvirker driftshastighedens vibrationer.
- Vibrationsmønster: det klassiske tegn på knækkede rotorstænger er frekvens for polpass (FP) sidebånd straddling the løbehastighed (1×) peak and its harmoniske.
- Frekvensen af stangoverførsler (FP): den hastighed, hvormed rotoren glider forbi det roterende magnetfelt, beregnet som FP = antal poler × glidefrekvens, hvor glidefrekvensen er forskellen mellem feltets synkronhastighed og den faktiske akselhastighed.
- Karakteristika: Se efter en 1×-top flankeret af to tydelige sidebånd, det ene ved (1× + FP) og en ved (1× − FP). Når skaden forværres, opstår der også sidebånd omkring 2×- og 3×-harmoniske. I modsætning til statorfejl er dette mønster meget belastningsafhængigt — sidebåndene bliver stærkere, når belastningen øges, og kan forsvinde helt ved ingen belastning.
4. Excentrisk luftspalte
Den luftspalte er det lille mellemrum mellem rotor og stator. Hvis det ikke er ensartet rundt om boringen, resulterer det i en ubalance magnetisk trækkraft der får rotoren til at vibrere.
- Statisk excentricitet: Rotoren drejer centreret i sine lejer, men statorkernen er skæv, så det smalleste punkt i spalten er fast i rummet.
- Dynamisk excentricitet: selve rotoren er skæv eller forskudt, så det smalleste punkt i mellemrummet roterer sammen med rotoren — en tilstand, der hænger tæt sammen med rotorens excentricitet.
- Vibrationsmønster: begge former danner sidebånd med pol-pass-frekvens omkring 2×FL top. I alvorlige tilfælde opstår der et komplekst mønster med sidebånd ved 2×FL ± FP samt omkring harmoniske svingninger ved kørselshastighed.
5. Bekræftelse og bedste praksis
Elektriske fejl ligger tæt på komponenter, der kører med høj hastighed, i frekvensspektret, og derfor er det afgørende at foretage nøjagtige målinger for at kunne skelne dem fra hinanden.
- Spektrum i høj opløsning: Diagnosticering af elektriske fejl kræver en høj opløsning FFT-spektrum med tilstrækkelig mange ledninger til at adskille harmoniske svingninger ved driftshastighed fra harmoniske svingninger ved netfrekvens og deres tætliggende sidebånd. A zoom FFT er ofte den eneste måde, hvorpå man kan udskille sidebåndene ved glidefrekvensen på en klar og tydelig måde.
- Belastningen er afgørende: Ved problemer med rotorstængerne skal motoren køre under betydelig belastning — typisk over 75 % — for at fejlen kan ses. At variere belastningen, mens man holder øje med spidsværdierne, er den mest pålidelige metode til at skelne mellem elektriske og mekaniske årsager i praksis.
- Tag billedet ude i felten: en bærbar tokanalsanalysator som f.eks. Balanset-1A registrerer frekvensspektret og den synkroniserede omdrejningshastighed på den monterede motor, hvilket gør det nemt at markere en 2×FL statorens spids- eller belastningsafhængige polpass-sidebånd, inden man går i gang med en demontering — og, hvis den egentlige årsag viser sig at være mekanisk ubalance, at afbalancere rotoren under samme besøg.
- Bekræft ved hjælp af andre teknologier: diagnoser kan bekræftes ved hjælp af motorisk strømsignaturanalyse (MCSA) eller ved hjælp af infrarød termografi, som afslører den lokale opvarmning forårsaget af brudte stænger eller kortsluttede lameller. Sammenligning med den bredere familie af motor defects undgår, at man forveksler en elektrisk fejl med en mekanisk fejl.
